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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL

FACULDADE DE ENGENHARIA

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM ELEVADORES E UM ESTUDO

TEORICO PRÁTICO DO USO DE UMA UNIDADE REGENERATIVA DE

ENERGIA EM ELEVADORES COMERCIAIS

Porto Alegre, 11 de dezembro de 2017.

Autor: Fabio De Araújo Vieira

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

Curso de Engenharia de Controle e Automação

Av. Ipiranga 6681, - Prédio 30 - CEP: 90619-900 - Porto Alegre - RS - Brasil

Email: [email protected]

Orientador: Vicente Mariano Canalli, Dr. Eng.

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul

LCEE - Laboratório de Conversão Eletromecânica de Energia

Av. Ipiranga 6681, - Prédio 30 - Bloco F - Sala 204 - CEP: 90619-900 - Porto Alegre - RS-

Brasil

Telefone: (51) 3320-3500, ramal: 4751

Email: [email protected]

mailto:[email protected]

RESUMO

Devido à atual situação que o planeta se encontra, causada pela agressão ao meio ambiente. A

busca por soluções com menor ímpacto possivel ao meio ambiente e que colaborem para o

desenvolvimento sustentável é cosntante. Existe hoje em funcionamento elevadores de

diferentes técnologias. Os mais antigos, tem seus sistemas de controle por relé e metodos

ineficientes de acionamento. Já os mais modernos imcorporam sistemas de controle

microprocessado, máquinas sincrona de ímas permanentes ou indução e muitos deles possuem

unidades regeneraivas de energia, tornando-os mais eficientes. O presente trabalho apresenta

um estudo teórico-prático envolvendo a operação da máquina sincrona de ímas permanentes e

motores de indução que acionam o elevador, operando como gerador de energia mediante a

utilização de uma unidade regenerativa de energia. Neste trabalho são apresentados os

principios essenciais de funcionamento dos elevadores e as tecnologias encontradas. Com

centro nas particularidades que mais impactam no consumo energia elétrica dos elevadores. Em

seguida é feita uma explicação da VDI 4707, este documento é reconhecido em diversos paises.

A VDI 4707 descreve um metodo padrão para medição de energia nos elevadores. Após são

apresentadas medições do consumo de energia em condominios de diferentes caracteristicas

que possuem elevadores de diferentes técnologias, comparando-se os resuldados obtidos. O

objetivo deste trabalho é estimar a demanda de energia de um elevador, estudar e comparar as

vantagens e desvantagens da utilização de uma unidade regenerativa de energia no elevador e

a sua contribuição para o meio ambiente a partir da redução no consumo de energia por

elevador. Tornando o elevador um equipamento mais sustentável, contribuindo para a redução

nos custos de energia dos condominios onde se encontram.

Palavras-chave: Consumo. Sustentável. Custos. Elevadores. Energia.

ABSTRACT

Energy Eficiency in Elevators and a Practical Theoretical Study of The Use of a

Regenerative Energy Unit in Commercial Elevators.

Due to the current situation that the planet is, caused by the aggression to the environment. The

quest for solutions with the least impact possible to the environment and that collaborate for

sustainable development is important. There are now operating elevators of different

technologies. The older ones have their relay control systems and inefficient drive methods. On

the other hand, the most modern ones incorporate microprocessor control systems, permanent

magnet synchronous machines or induction and many of them have regenerative energy units,

making them more efficient. The present work presents a theoretical-practical study involving

the operation of the synchronous machine of permanent magnets and induction motors that

drive the elevator, operating as an energy generator through the use of a regenerative energy

unit. In this work are pointed out the basic principles of operation of the lifts and the

technologies found. Focusing on the most impressive features in the energy consumption of

elevators. Then an explanation of the VDI 4707 is made, this document is recognized in several

countries. The VDI 4707 describes a standard method for measuring energy in elevators.

Afterwards, measurements of the energy consumption in condominiums of different

characteristics that have elevators of different technologies are presented, comparing the

obtained results. The objective of this work is to estimate the energy demand of an elevator, to

study and compare the advantages and disadvantages of the use of a regenerative energy unit

in the elevator and its contribution to the environment from the reduction in energy consumption

per elevator. Making the elevator a more sustainable equipment, helping to reduce the energy

costs of the condominiums where they are located.

Keywords: Consumption. Sustainable. Costs. Lifts. Energy.

4

1 INTRODUÇÃO GERAL

1.1 Introdução

O elevador é um dos principais meios de transporte de pessoas do mundo. Atualmente

quase um bilhão de pessoas utilizam o transporte vertical todos os dias. Sabidamente este

equipamento é capaz de consumir grandes quantidades de energia elétrica, deixando alto os

custos desse insumo e não colaborando para o desenvolvimento sustentável do planeta.

As máquinas sincronas de ímas permanesntes são amplamente utilizados na indústria

devido sua gama de aplicação. Este artigo descreve um estudo envolvendo a regeneração de

energia proporcionado por uma unidade regenerativa de energia comercial.

Na seção 1 será descrito os principios básicos de funcionamento do elevador, o diagrama

de acionamento dos 4 quadrantes, o principio do inversor de frequencia na unidade regenerativa

de energia e a medida padrão VDI 4707, que originou-se na Alemanha e atualmente diversos

paises incluindo o Brasil, utilizam este documento como padrão para determinar o consumo de

energia em elevadoes.

Na seção 2 um estudo de caso é apresentado, aonde são estudados os consumos de

energia em elevadores com diferentes tecnologias de acionamento. Bem como a aplicação da

unidade regenerativa e o cálculo da eficiência energética em elevadores.

Na seção 3 os resultados experimentais serão apresentados. Será verificada a eficiência

energética deste sistema e sua contribuição para redução no consumo de energia elétrica no

elevador, por meio do reaproveitamento de energia.

Ao final deste artigo serão apresentadas uma conclusão na seção 4 e uma referência

bibliográfica detalhada na seção 5.

1.2 Descrição do problema

Atualmente, qualquer gasto com energia é significante para o bolso e para o meio

ambiente (SECME, 2011).

A energia exerce um papel fundamental para o desenvolvimento social e econômico da

humanidade. Desta maneira, visando a sustentabilidade e a redução de custos, o presente

trabalho apresenta um estudo do consumo de energia especifico por elevador, comparando a

eficiência dos sistemas de acionamento que existe atualmente.

5

O custo de energia elétrica do elevador corresponde em torno de 6% dos gastos de um

condomínio (SECME, 2008).

Uma solução para minimizar os custos de energia no elevador e reduzir os impactos ao

meio ambiente, é o reaproveitamento da energia produzida pelo sua máquina síncrona de ímãs

permanentes ou pelo motor de indução, quando operando em modo gerador é possível devolver

esta energia à rede elétrica do condomínio utilizando uma unidade regenerativa de energia.

1.3 Descrição da proposta

O estudo da máquina síncrona de ímãs permanentes e da unidade regenerativa de

energia, tem como propósito uma alternativa que permite reduzir o consumo de energia elétrica

nos elevadores, com o reaproveitamento da energia produzida pela máquina síncrona de ímãs

permanentes quando está operando no modo regenerativo.

A unidade regenerativa de energia que será estudada neste artigo, é comercial.

Alguns condomínios que possuem desta tecnologia nos elevadores já tiveram uma

significativa redução no consumo de energia elétrica, colaborando para redução nos custos da

conta de luz.

A economia proporcionada chega a 30% da energia gasta pelo elevador em relação aos

convencionais. “Porque, além da otimização de tráfego, o elevador é dotado de sistema

regeneração de energia” (SECME, 2008).

Quando o elevador esta realizado o movimento de descida com a cabina e

consequentemente tracionando o contrapeso, a energia é consumida. Já quando está realizando

o movimento de subida com a cabina e descendo o contrapeso pela força da gravidade, ocorre

a geração de energia elétrica no elevador através da máquina síncrona de ímãs permanentes ou

pelo seu motor de indução. O presente trabalho traz um estudo do reaproveitamento desta

energia elétrica produzida por este movimento. Os princípios básicos de acionamentos

encontrados nos elevadores em funcionamento e a aplicação da VDI 4707 como norma para

cálculo do consumo de energia e classificação energética dos elevadores.

O diagrama de blocos da figura 1 representa o ciclo da energia produzida, convertida e

devolvida a rede do condômino.

6

Figura 1 - Diagrama de blocos descrevendo o processo de reaproveitamento da energia

no elevador

Movimento de

subida da cabina

com o contrapeso

descendo pela

força da

gravidade

Produção de

energia através da

máquina síncrona

de ímãs

permanentes

A URE recebe a

energia em forma

de tensão CC

Movimento de

descida da cabina

com o contrapeso

subindo

A energia

recuperada é

devolvida para

rede do

condomínio

Na URE a

conversão da

tensão CC para

CA ocorre por um

inversor de

frequência

Fonte: Autoria própria (2017)

1.4 Principais objetivos

A seguir são apresentados os objetivos geral e específicos do presente trabalho.

1.4.1 Objetivo geral

O objetivo do presente trabalho é reduzir o consumo de energia elétrica nos elevadores,

através do reaproveitamento da energia elétrica gerada pela máquina síncrona de ímãs

permanentes ou pelo motor de indução do elevador. Quando esta estiver operando no segundo

e quarto quadrante, o chamado modo gerador.

1.4.2 Objetivos específicos

Como objetivos específicos do presente trabalho podem ser citados:

1. Levantar a bibliografia existente sobre o tema abordado no presente trabalho.

2. Realizar um estudo de caso de 4 métodos de acionamentos: Acionamento de corrente

alternada com variação de velocidade e variação de frequência (ACVVVF) sem unidade

7

regenerativa, Acionamento de corrente alternada com variação de velocidade e variação de

frequência (ACVVVVF) com unidade regenerativa comercial, Acionamento de corrente

continua com motor de indução (CC)e Acionamento de corrente alternada sem variar a

velocidade e a frequência (AC2).

3. Através do documento VDI 4707 realizar o cálculo da eficiência energética nos 4

modelos de elevadores comerciais que serão analisados no estudo de caso e classificados de

acordo com as regras do documento.

4. Realizar um estudo da aplicação do inversor de frequência como conversão de tensão

na unidade regenerativa.

1.5 Referencial teórico

Neste referencial teórico serão aprsentados de forma sucinta, tópicos relacionados com

a proposta apresentada, retirados de livros e sites na internet, considerados importantes para

fundamentação teórica deste artigo.

1.5.1 Componentes do Elevador Comercial

Através do diagrama de quadrantes de um acionamento, é possível visualizar cada fase

de operação da máquina síncrona de ímãs permanentes ou do motor de indução conforme a

Figura 3. Nos quadrantes primeiro e terceiro foi definido como modo motor. É nessa fase que

a máquina síncrona de ímãs permanentes utiliza energia elétrica da rede transformando-a em

energia mecânica. Neste momento a velocidade e o torque estão na mesma direção. No segundo

e quarto quadrante é definido como modo gerador. Nesta fase a velocidade e o torque estão em

sentidos opostos, fazendo com que a máquina síncrona de ímãs permanentes ou o motor de

indução produza energia elétrica.

Tipicamente, a estrutura do elevador é composta de 6 componentes principais, que

podem serem vistos nos quadro 1.

8

Quadro 1 - Componentes de um elevador comercial

1 Sistema de Controle

2 Motor Elétrico

3 Polias

4 Contrapeso

5 Trilhos de guias

6 Cabina


Figura 2 – Componentes do Elevador Figura 3 – Diagrama de Acionamento

Fonte: Science Direct (2014) Fonte: Conversores CC – Apostila Basica (2014)

1.5.2 Eficiência em Motores Elétricos

A eficiência de um motor é a relação entre a quantidade de trabalho produzido e a

quantidade de energia consumida (PIRES, 2009).

Num mundo ideal, os motores elétricos deveriam trabalhar com uma eficiência de

100%, ou seja, cada quilowatt de potência entregue aos terminais do motor seria convertido em

trabalho útil no eixo do motor (PIRES, 2009). Todavia no mundo real não é isto que acontece.

São significativas as perdas no processo de funcionamento dos motores elétricos. Tais perdas

são apresentadas abaixo, bem como suas respetivas equações para obtê-las.

9

a) Perdas no ferro

As perdas no ferro são devidas às correntes parasitas (Foucalt), perdas por histerese e

perdas magnéticas na laminação.

Com a equação empírica apresentada abaixo, podemos calcular as perdas no ferro

ocasionadas pelas correntes parasitas de Foucalt.

Pf = V. Kf. Bf2. f 2. e2

(1)

Onde:

𝑃𝑓 = 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐹𝑜𝑢𝑐𝑎𝑙𝑡 [𝑊. 𝑚−3]

𝐾𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙

𝑉 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 [𝑚3]

𝐵𝑓2 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑠𝑜 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜 [𝑤. 𝑏. 𝑚2]

𝑓 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 [𝐻𝑧]

𝑒 = 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑠𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑚𝑖𝑛𝑎çã𝑜 [𝑚]

ii) As perdas por histerese pode ser calculada com a equação 2.

Ph = Kh. Bmα . f. V

(2)

Onde:

𝑃ℎ = 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑒 [𝑊. 𝑚−3]

𝐾ℎ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑖𝑠𝑡𝑒𝑟𝑒𝑠𝑒 [𝐴𝑑𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙]

𝑉 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 [𝑚3]

𝑓 = 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑑𝑎 𝑓𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑓𝑙𝑢𝑥𝑜 [𝐻𝑧]

b) Perda por atrito

Perdas no sistema de transmissão e ventilação. Geralmente constituem a menor parcela

de perdas em motores. E também são chamadas de perdas mecânicas.

10

c) Perdas por Joule

Devido circulação de correntes nos anéis do rotor, que dependem do material do

comprimento e da seção.

No extrator devido a circulação de corrente nos enrolamentos.

Figura 4 – Motor de indução trifásico e a localização das perdas

Fonte: Bortoni (2001)

Depois de conhecer os fatores que contribuem para a eficiencia de uma motor, é possivel

desenvolver novas tecnologias e metodos para melhorar a eficiencia.

No quadro 2 são apresentadas as perdas e o percentual de contribuição de cada uma,

bem como as alternativas e os metodos para reduzi-las.

Quadro 2: Distribuição percentual das perdas e metodos de reduzi-las

Fonte: Litman (1990)

11

1.5.4 Máquinas de indução

Os motores de indução são máquinas assíncronas. Estes tipos de motores são os mais

utilizados no mundo, devido ao seu baixo custo e robustez (PIRES, 2009).

Este motor foi projetado para aplicações de velocidades constantes. Mas com o avanços

dos os estudos e as novas descobertas tecnológicas, estas máquinas ganharam a capacidade de

operar com velocidades variadas, tornando-o competitivo com os motores de corrente continua.

Figura 5 – Motor de indução de um elevador


O rotor e o estator são as duas partes mais importantes do motor, e o espaço entre eles é

chamado de entreferro.

A aplicação de uma tensão alternada nos enrolamentos do estator irá produzir um campo

magnetico variante no tempo, que devido à distribuição uniforme do enrolamento do estator irá

gerar um campo magnético resultante girante com uma velocidade proporcional à frequencia

da rede elétrica (PIRES, 2009).

O motor de indução é o mais utilizado hoje em elevadores. Devido sua simplicidade de

acionamento, o motor de indução não necessita obrigatoriamente de conversores, podendo ser

ligado diretamente a rede elétrica.

12

1.5.5 Máquinas síncronas de ímãs permanentes

A grande diferença desta máquina de ímãs permanentes para máquina de indução está

no rotor. Que neste tipo de motores é composto de ímãs permanentes.

Este fato permite que está máquina permanece sempre magnetizada (PIRES, 2009).

Por não circular correntes pelo rotor, as perdas no rotor são quase inexistentes, e este

tipo de máquina gera muito menos calor devido à ausência do enrolamento tornando-o mais

eficiente quando comparado com a máquina de indução.

Figura 6 – Máquina síncrona de ímãs permanentes de um elevador


Estes tipos de máquinas necessita obrigatoriamente de um inversor para o seu

funcionamento, uma vez que ligado diretamente a rede elétrica não possui capacidade de

arranque pois as correntes que impulsionam o movimento tem de ser sincronizadas

constantemente com a possição do rotor (PIRES, 2009).

O acionamento desta máquina ocorre quando o estator é energizado e cria-se um campo

magnetico girante, fazendo com que o rotor gire em sincronismo com o campo magnetico do

estator.

1.5.6 Acionamento VVVF – Variação de Velocidade e Variação de Frequência

13

Nesta seção será apresentado uma breve resumo do sistema de acionamento VVVF -

Variação de Velocidade e Variação de Frequencia. Este sistema de assionamento é o mais

usado atualmente em elevadores novos e também em elevadores mais antigos, onde

normalmente possuim sistemas de acionamentos ultrapassados que consomem uma alta

quandidade de energia e não poassui um controle preciso de aceleração, desaceleração e

nivelamento.

Todos os elevadores tem características em comum, tais como, cabina, contrapeso, guias

para o deslocamento do conjunto, portas, iluminação e seus aparelhos de segurança. Todavia

cada elevador é customizado para atender a característica de cada prédio.

O quadro de comando é responsável por todo o controle do elevador, desde o

acionamento e monitoramento da máquina de tração até a comunicação serial com botoeiras e

indicadores de posição, situados em todos os pavimentos e na cabina. Em resumo, o quadro de

comando pode ser considerado como o cérebro de todo o sistema (SANTOS; MULLER, 2013).

A variação de velocidade e de frequência, é a tecnologia mais avançada para o

acionamento de elevadores atualmente. Este sistema garante acelerações, desacelerações e

paradas precisas e suaves. Sistema de interligação com dispositivos de cabina e pavimento por

comunicação serial garantindo menor volume de fiações. Indicado para prédios comerciais e

residenciais (SANTOS; MULLER, 2013).

Na figura 7, é possível ser visto o diagrama de blocos de um acionamento VVVF –

Variação de Velocidade e Variação de Frequência.

14

Figura 7 – Esquema de acionamento VVVF (Variação de Velocidade e Variação de

Frequencia)


Este sistema possui um controle sofisticado da tensão alternada que alimenta o motor e

da frequenência. A figura 8, mostra o circuito simplificado.

Verifica-se que os transistores IGBT – (Insulated Gate Bipolar Transistor), conectam o

barramento de corrente contínua à saída trifásica que alimenta o motor. Cada fase possuí dois

transistores em oposição de polaridade, permitindo a aplicação de pulsos positivos e negativos

(TROLLER, 2015).

A função dos diodos é previnir picos de tensão inversa que ocorrem no chaveamento da

corrente que alimenta uma carga indutiva (TROLLER, 2015).

Figura 8 – Circuito de acionamento VVVF – Variação de Velocidade e Frequencia

Fonte: WEG (2009)

Atraves de pulsos de disparos aplicados no gate de cada IGBT, é possivel controlar as

senoides aplicadas no motor trifásico de indução ou na máquina síncrona de ímas permanentes.

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Na figura 9 pode ser visto que o valor eficaz da forma de onda e a largura de pulsos

estão diretamente relacionados, e a frequencia depende somente do periodo T utilizado no

projeto do circuito.

Figura 9 – Senoide do Circuito VVVF - Variação de Velocidade e Frequencia

Fonte: WEG (2009)

1.5.7 Inversor de Frequência Trifásico na Unidade Regenerativa de Energia

Na unidade regenerativa de energia comercial, o inversor trifásico será responsável em

retificar e converter a energia produzida pela máquina síncrona de ímãs permanentes ou pelo

motor de indução.

É um sistema eletrônico de potência que controla bidireccionalmente o fluxo de energia

entre a rede elétrica e o motor (WEG, 2014).

Na Figura 10 está apresentado um esquema do fluxo de energia e a utilização do inversor

trifásico.

Figura 10 – Sistema regenerativo de energia


16

O inversor de frequência é capaz de gerar tesão e frequência ajustáveis. O inversor de

frequência é dividido em três blocos. A estrutura do inversor de frequência está apresentada na

Figura 7. A parte retificadora, aonde ficam situados os seis diodos responsáveis por retificar a

tensão trifásica. O barramento, é aonde o capacitor situa-se, ele é responsável em filtrar a tensão

DC resultante que é utilizada como entrada da seção inversora. E o último dos três blocos, é a

parte inversora. Nesta seção, a tensão retificada DC é novamente convertida em CA, conforme

pode ser visto na Figura 8. Os transistores chaveiam várias vezes por ciclo, gerando um trem

de pulsos com largura variável (WEG, 2014).

1.5.8 Cálculo da Eficiência Energética em Elevadores

Em Dezembro de 2002 o parlamento Europeu aprovou a diretiva 2002/91/CE, relativa

ao desempenho energético em edifícios (WEG, 2014).

O objetivo desta diretiva é estabelecer a aplicação de requisitos mínimos para o

desempenho energético de novos edifícios, ou edifícios sujeitos a modernização, além do

enquadramento geral para uma metodologia de cálculo do desempenho energético dos edifícios

(WEG, 2014).

A associação de engenheiros alemães elaborou e divulgou de métodos padronizados

para auferir a eficiência energética de todos os equipamentos e sistemas que são amplamente

utilizados. O documento chamado VDI 4707 descreve o procedimento criado na Alemanha e

adotado por outras agências reguladoras, entre elas o INMETRO, para estimar o consumo diário

de energia nos elevadores (WEG, 2014).

O VDI 4707 será o método utilizado neste presente trabalho para calcular o consumo

de energia dos elevadores analisados no estudo de caso e classificá-los de acordo com sua

eficiência energética.

Na seção 2 serão apresentadas as equações para cálculo do consumo de energia por

elevador, conforme o método VDI 4707, bem como, a demanda em standby, a demanda em

percurso, categorias de uso para elevadores e as classes de eficiência energética.

17

Quadro 3 - Categoria de uso para elevadores


Mesmo em modo de espera o elevador consome energia em seu circuito secundário.

Este consumo pode ser classificado de A à G de acordo com a norma VDI 4707. Pode ser visto

no quadro 4. A relação potência consumida em modo de espera e a classificação energética para

o elevador. Estes valores são obtidos com a realização de medidas em prédios e após essas

medidas é possível atribuir ao elevador qual a classe energética ele pertence.

Quadro 4 - Classes para demanda em standby

Autoria própria (2017)

No quadro 5 é possível visualizar a regra para o consumo de energia por elevador de

acordo com a norma VDI 4707. Na seção 2 deste trabalho será descrita a metodologia usada

para obter os valores de consumo de energia do elevador em standby e em percurso, bem como

a classificação energética do mesmo, de acordo com a norma VDI 4707.

Quadro 5 - Classes para demanda de percurso


18

Para construir o quadro 6, classes de eficiência energética para elevadores, usou-se uma

carga nominal de 1000 kg e uma velocidade nominal de 1 m /s.

Quadro 6 - Classificação Energetica total do elevador

Classe de

eficiência

energética

Demanda Especifica de Energia em mWh/(m.Kg)

Categoria de uso

1 2 3 4 5

A ≤ 1,45 ≤ 1,21 ≤ 0,77 ≤ 0,66 ≤ 0,60

B ≤ 2,21 ≤ 2,15 ≤ 1,26 ≤ 1,03 ≤ 0,92

C ≤ 4,15 ≤ 3,87 ≤ 2,09 ≤ 1,65 ≤ 1,43

D ≤ 7,87 ≤ 7,11 ≤ 3,56 ≤ 2,67 ≤ 2,22

E ≤ 15,11 ≤ 13,24 ≤ 6,13 ≤ 4,36 ≤ 3,47

F ≤ 29,24 ≤ 25,09 ≤ 10,87 ≤ 7,31 ≤ 5,53

G ≤ 57,09 ≤ 25,09 ≤ 10,87 ≤ 7,31 ≤ 5,53


Depois de determinar o consumo em standby e o consumo durante o percurso do

elevador. É realizado um cálculo conforme pode ser visto na equação (2).

Onde se leva em consideração a sua categoria de uso, ou seja, o número de horas por

dia que o elevador está em movimento.

𝐷𝑡otal=

(Pstandby).(tstandby)+(tviagem).(v).(Cap).(DEV)

(tviagem).(v).(Cap)

(2)

Onde:

𝐷𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 [𝑚. 𝑤ℎ

𝑘𝑔. 𝑚]

𝑡𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑏𝑦 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑡á 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑎 [ℎ]

𝑃𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑏𝑦 = 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑒𝑚 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑏𝑦 [𝑊]

𝑡𝑣𝑖𝑎𝑔𝑒𝑚 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑒𝑚 𝑚𝑜𝑣𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑎 [ℎ]

𝑣 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 [𝑚

𝑠]

𝐶𝑎𝑝 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 [𝑘𝑔]

𝐷𝐸𝑉 = 𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑎𝑔𝑒𝑚 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 [𝑚. 𝑊. ℎ

𝑚. 𝑘𝑔]

19

2 METODOLOGIA

Nesta secção será descrita a metodologia proposta para atingir os objetivos do presente

trabalho.

2.1 Introdução

Nesta parte do artigo é exposta a metodologia de execução do trabalho. É realizada uma

análise levando em consideração os modelos de elevadores monitorados no estudo de caso, bem

como importantes conceitos são destacados sobre o uso de uma unidade regenerativa de energia,

motores e componentes do elevador.

2.2 Fluxograma descrevendo a metodologia utilizada

Figura 11 – Fluxograma


Acionamentos

Unidade regenerativa de energia

Definição dos elevadores para o estudo de caso

Procedimento para coleta dos dados no estudo de caso de

acordo com a VDI 4707

Conexão do medidor no circuito do elevador

Ficha com os dados técnicos do elevador

Definição dos elevadores para o estudo de caso

Analise gráfica

Classificação energética dos elevadores estudados

Definição da proposta

Elaboração do referencial teórico

20

2.3 Breve descrição da metodologia

A descrição da metodologia propõe explicar de forma sistêmica todas as etapas

realizadas neste trabalho para chegar-se nos objetivos. Para determinar a eficiência energética

em elevadores e assim pode-los classificar de acordo com o seu consumo de energia, do mais

eficiente até o menos eficiente, para isto usou-se a norma europeia VDI 4707. As escolhas dos

elevadores para monitoramento e estudo de caso partiu do presente autor, e como regra usou-

se elevadores de diferentes tecnologias.

2.3.1 Definição da proposta

A proposta foi definida na primeira seção do artigo e consiste no estudo sobre a

eficiência energética em elevadores e as vantagens na utilização de uma unidade regenerativa

de energia como forma de recuperar a energia gerada pelo motor do elevador quando este opera

em seu modo gerador. Depois de formulada a proposta, os dados coletados serão analisados

para verificar se houve ou não alguma mudança significativa no uso da unidade regenerativa de

energia.

2.3.2 Elaboração do referencial teórico

Para elaboração do referencial teórico apresentado na primeira seção do artigo, foram

coletadas informações de diferentes autores, manuais técnicos, artigos, normas técnicas e

consultas na web a fim de permitir um embasamento concreto das propostas descritas. Foi-se

destacado os principais componentes de um elevador, bem como a descrição da norma VDI

4707 como regra para determinar o consumo de energia em elevadores. Destaca-se também

neste referencial, as perdas em motores de indução e motores de ímãs permanentes.

2.3.3 Acionamentos

a) Acionamento VVVF – Variação de velocidade e variação de frequência

Os acionamentos são responsáveis por realizar todo controle do elevador desde o

acionamento de motores até interface com cabina e pavimentos. Na figura 12, tem-se o

21

acionamento por variação de tensão e variação de frequência. Tal acionamento hoje é o mais

completo em termos de segurança, eficiência e controle de partidas e paradas.

O sistema de variação de tensão e frequência é feito por unidades IGBT’s, e módulos

de controle que são responsáveis por retificar e converter a tensão trifásica da rede do

condomínio que entra no quadro de controle do elevador. Este sistema pode ser encontrado nos

prédios mais novos e também em prédios mais antigos, pois nestes pode-se realizar uma

modernização do elevador substituindo o antigo acionamento por uma unidade VVVF.

Figura 12 – Acionamento VVVF – Variação de Tensão e Variação de Frequência


b) Acionamento à Rele

É bastante comum encontrar em operação elevadores acionados por rele. Este tipo de

acionamento foi objeto de revolução na área de transporte vertical, todavia com passar dos anos

e as novas descobertas tecnológicas fizeram com que o elevador à rele perdesse espaço e fosse

substituído por kit’s VVVF.

Algumas de suas principais características são a partida e a parada do elevador, estas

mesmas não possuem o mesmo conforto que os modelos VVVF. Outro ponto importante que

será explorado nas seções 3 e 4 do artigo é a eficiência enérgica neste tipo de acionamento. Pois

à um forte debate quanto ao consumo de energia à elevadores com este modelo de acionamento

22

e os condomínios que possuem elevadores com estas características há uma grande procura por

modernização, visto a necessidade de reduzir os custos com a conta de luz.

Figura 13 – Acionamento por Rele


2.3.4 Unidade regenerativa de energia

A unidade regenerativa de energia ou URE, como também é conhecida, é de uso

comercial e foi projetada e desenvolvida pelo departamento de engenharia da empresa. Trata-

se de um sistema eletrônico de potência que controla de forma bidirecionalmente o fluxo de

energia entre a rede elétrica e o motor do elevador.

Na figura 14, é possível visualizar a unidade regenerativa conectada em um quadro de

controle de um elevador.

23

Figura 14 – Unidade Regenerativa de Energia


Quando o sentido do torque do motor for o oposto de sua rotação, o mesmo funcionará

em modo gerador de energia elétrica, devolvendo está energia para o sistema do elevador,

quando este possui uma unidade regenerativa. Pois em elevadores que não são equipados dessa

tecnologia e possui sistemas convencionais, a energia gerada é dissipada em bancos de

resistores, como pode ser visto na figura 15.

A energia pode ser devolvida também para rede elétrica do condomínio, sendo

consumida pelo ponto de carga mais próximo.

24

Figura 15 – Banco de resistores


2.3.5 Procedimento para coleta dos dados no estudo de caso de acordo com a VDI 4707

Para realizar as medidas no estudo de caso em campo o equipamento deverá ficar

inoperante para uso do publico durante uma ou duas horas, dependendo da qualidade dos dados

obtidos e dos testes realizados.

A seguir será apresentado o processo necessarios para se obter a classificação energética

de cada elevador, de acordo com a norma VDI 4707.

Na figura 16 pode ser visto o processo usado para realizar-se as medições em modo de

percusro com elevador em testes. Vale ressaltar a obrigatoriedade da presença de um

profissional técnico da area de elevadores. Visto os riscos de choques elétricos e outras

anomalidas que podem acontecer no elevador quando este está em modo de monitoramento e

coleta de dados.

25

Figura 16 – Ordem das ponteiras do medidor Fulke


O primeiro medidor usado para coletar dos dados trata-se de um equipamento que mede

grandezas como tensão e corrente e também é capaz de através de um software traçar as curvas

de harmonicas destas grandezas medidas, um medidor comercial muito utilizado no mercado

devido a grande confiabilidade. Os diagramas de ligação e o menu de interatividade deste

medidor podem ser vistos nas figuras abaixo.

O medidor pertence a empresa e sua usabilidade é permitida após uma solicitação de

uso aberta para o departamento de engenharia.

Na figura 17 pode ser visto as ligções do medidor e seu menu de configurações, para

delta ou estrela de acordo com a aplicabilidade.

Figura 17 – Ligação do medidor de energia

Fonte – Thyssenkrupp Elevadores (2015)

26

Na figura 18, pode ser visto as ordens das ponteiras e o sentidos das setas. Que estão

indicando a ordem com que a corrente entra no quadro de controle do elevador.

Figura 18 – Ordem das ponteiras do medidor de energia

Fonte: Thyssenkrupp Elevadores (2015)

Na figua 19 pode ser visto a interatividade do medidor Fluke com o usuario atraves de

seu menu. No menu o usuario seleciona qual a grandeza será medida, bem como a escala de

medição para esta grandeza fisica.

Figura 19 – Menu de seleção


Com o medidor de energia é possivel obter-se gráficos das grandezas medidas. Alguns

deste gráficos serão apresentados na seção 3 e 4 deste artigo. Pois sabidamente a analise das

27

harmônicas é de grande valor para apresentação de resultados, pois facilita o entendimento e

ajuda na compreenção dos dados obtidos.

O segundo medidor usado para fazer a coleta dos dados no estudo de caso, é também

um medidor comercial, o iEM 3255, também com este medidor é possivel obter os dados para

mensurar o consumo de energia.. Assim como o primeiro medidor, o iEM 3255 pertence ao

departamento de engenharia e inovação da empresa, e sua usabilidade é permitida após uma

solicitação aberta pelo próprio usuário. Abaixo será descrito os componentes que compões este

protótipo e na figura 20 pode ser visto uma imagem geral do protótipo customizado pela própria

empresa para coletar os dados.

Figura 20 – Protótipo de medição


O anexo 1 contém a lista de itens necessário para montagem do protótipo de medição

de energia. Na última coluna tem-se uma analise comercial dos possiveis fornecedores de

materiais. Este protótido foi desenvolvido na empresa e tem-se atualmente dois modelos para

uso restritos de profissionais da empresa. O modelo foi adquiro e projeado na parceiria dos

departamentos de engenharia e sustentabilidade, atualmente estes dois braços da empresa

andam juntos e tem objetivos em comuns, produzir mais com o menor impacto possivel ao meio

ambiente. E neste ponto a eficiencia energetica vem sendo objeto de estudo e pesquisa dentro

da empresa e também em parceirias com as universidades e escolas técnicas. Atualmente há um

grande esforço de todos para tornar o elevador cada vez mais eficiente e assim contribuir o

desenvolvimento sustentavel do planeta sem deixar de ser competitivo e continuar sendo uma

referencia neste segmento.

28

Na figura 21 é possivel identificar todas as ligações do protótipo de medição. O esquema

elétrico orienta o usuário quanto a utilizaçao deste medidor de energia e busca de forma susinta

identificar cada componente do protótipo.

Figura 21 – Diagrama geral para as ligações


29

De acordo com a norma VDI 4707, para determinar o consumo de energia de um

elevador e assim classifica-lo de acordo com sua categoria energetica, faze-se necessario obter-

se alguns dados. Tais dados serão apresentados abaixo.

a) Fator de peso

O fator de peso é uma grandeza adimencional e para efeito de calculo neste estudo de

caso, será usado o valor de 0,7. Pois os elevadores estudados possuem uma massa de contrapeso

de (40 à 50%) da capacidade total da cabina. Quando esta estiver com sua capacidade maxima.

b) Carga nominal do elevador [kg]

Este valor é a capacidade maxima de carga que o elevador pode suportar. Ou seja, é

quantidade maxima de pessoas que uma cabina comporta, e este número varia de cordo com a

caracteristica de cada elevador que é projetado para atender um prédio com a sua determinada

demanda especifica.

O valor da carga é disponivel pelo fábricante nos documentos de compra e venda do

elevador e no projeto executivo. Mas tambem pode ser visto dentro da cabina, conforme figura

22.

Figura 22 – Placa que indica a carga maxima do elevador


Na equação 4 pode ser visto o calculo que relaciona a carga nominal do elevador com o

número máximo de pessoas que a cabina comporta.

𝑁𝑝=

(𝐶𝐴𝑃)

75

(4)

30

Onde:

𝑁𝑝 = [𝑁° 𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎𝑠]

𝐶𝑎𝑝 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑣𝑎𝑑𝑜𝑟 [𝑘𝑔]

Para este cálculo atualmente é usado o valor 75 [kg] como média do peso de um

brasileiro.

Para realizar o estudo de caso o valor da carga nominal foi obtido através do projeto

executivo de cada elevador monitorado. E também confirmado através do cálculo visto acima,

que relaciona a carga nominal com o número máxima de pessoas que a cabina suporta.

c) Velocidade nominal do elevador [m/s]

A velocidade nominal assim como a carga nominal, é um dado disponivel pelo

fábricante do elevador e tem sua variação de acordo com a caracteristica de cada equipamento.

Pode se dizer que alguns fatores influenciam ditretamente nesta variavel, são eles:

Potencia do motor de indução ou máquinas síncronas de ímãs pemanentes, distância percorrida

pelo elevador, controle de acionamento e sua aplicação. Por exemplo, elevadores de carga

geralmente possuem velocidades baixas ao contrario de elevadores de passageiros em grandes

centros comerciais. Estes tem velocidades maiores e distancias mais longas para percorrer.

Para este estudo de caso a variavel foi obtida atraves de dados do proprio elevador que

foram disponibilizados pela empresa fabricante.

d) Distância do percurso [m]

A distância do percurso é outra caracteristica particular de cada empreendimento. Para

se obter o valor correto utiliza-se uma medida padrão que pode ser vista na equação 5.

𝐷𝑝 = 𝑑𝑎 𝑥 𝑁° 𝐴𝑛𝑑𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑜 𝑝𝑟é𝑑𝑖𝑜

(5)

Onde:

𝐷𝑝 = distância total de percurso [m]

𝑑𝑎 = distância entre andares [m]

N° = Andares do prédio

31

Para determinar o valor 𝑑𝑎, é necessário realizar a medida entre os pontos A e B de um

andar , conforme a figura 22. Atante-se caso o prédio possua algum andar fora do padrão e/ou

pé direrito muito alto.

Figura 23 – Local de medição para se obter a distancia 𝒅𝒂


e) Categoria de uso [h]

A categoria de uso é definido pela propria norma VDI4707, como sendo uma média em

horas que o elevador permanece em operação. Abaixo será descrito cada categoria da VDI 4707,

usada no presente trabalho.

Figura 24 – Categoria de uso conforme a VDI 4707


32

1. Edificios residenciais e de baixo fluxo

2. Edificios residenciais e de medio fluxo

3. Edificios comerciais e de baixo fluxo

4. Edificios comerciais e de medio fluxo

5. Edificio comercial e de alto fluxo

f) Potência Ativa do circuito principal em standby [kW]

A potencia em standby é medida com elevador inoperante. O equipamento de medição

é instalado no quadro de controle do elevador e os valores são lidos e armazenados no banco

de dados para posteriores calculos que serão realizados.

g) Potência Ativa do circuito auxiliar em standby [kw]

Assim como na circuito principal, a potencia no circuito auxiliar é medida com elevador

inoperante. Os dados são lidos atraves do medir que fica instalado no quadro de controle, após

esta leitura de dados os mesmos são armazenados para que depois sejam realizados os calculos

da eficiencia energetica em elevadores.

h) Potência Ativa total em standbay [kW]

A potencia total em standbay é dada pela soma das potencias do circuito auxiliar e

principal em standbay.

i) Energia Elétrica Ativa do circuito principal em percurso padrão [kWh]

No circuito principal estão as principais funções do elevador. O controle lógico, o

controle de potencia, circuitos de interface com a cabina do elevador, circuitos de potencia e

quadro de força com a erivação a rede trifasica.

j) Energia Elétrica Ativa do circuito auxiliar em percurso padrão [kWh]

O circuito auxiliar é responsável em manter o elevador energizado em modo standbay e

durante o percurso. É de responsabilidade deste circuito o conjunto de iluminação de

emergencia, sirene de emergencia, conjunto iluminação de cabina pois mesmo com elevador

parado a cabina permanece com a iluminação ligada.

33

k) Energia Elétrica Ativa total em percurso padrão [kWh]

A energia total em percurso padrão é dada pela soma das energias do circuito auxiliar e

principal, quando o teste está sendo realizado com elevador em percurso padrão.

2.3.6 Conexão do medidor no circuito do elevador

Na figura 25, pode ser visto o diagrama esquematico para determinar os valores do

consumo de energia em elevadores de acordo a diretriz VDI 4707. O medidor é conectado nos

pontos P1 e P2.

O esquema elétrico abixo faz-se uma representação do circuito principal e auxliar do

elevador e tem como objetivo ilustrar os pontos de medida onde serão conectadas as ponteiras

do medidor de energia.

34

Figura 25 – Conexão do medidor nos circuitos principal e auxiliar, de acordo com a

VDI4707


2.3.7 Ficha com os dados técnicos do elevador

Pode ser visto no quadro 7, a ficha padrão de preenchimento usada no estudo de caso.

Esta ficha segue os padrões da norma VDI4707, todavia com acréscimo de algumas

informações do condomínio e do elevador, que facilitam uma analise mais aprofundada do

elevador. É necessário o preenchimento de todos os campos para após realizar-se os cálculos,

que neste artigo serão apresentados na seção 3.

35

Quadro 7 – Ficha para monitoramento do consumo de energia em elevadores


3 APLICAÇÃO

3.1 Definição dos elevadores para o estudo de caso

Para este estudo de caso procurou-se escolher elevadores de diferentes tecnologias, afim

de compara-los e classifica-los de acordo com sua eficiência energética. Todos os elevadores

apresentados pertencem a carteira de manutenção da empresa e ambos são da cidade de Porto

Alegre.

A escolha dos elevadores deu-se em parceria conjunta dos departamentos de engenharia

e inovação da empresa, que desde 2013 vem monitorando e estudando o consumo de energia

em elevadores de diferentes tecnologias.

Um dos principais critérios foi a escolha de elevadores que já possuem a unidade

regenerativa de energia, à eles analisou-se as vantagens comparando-o com elevadores que não

possuem a unidade regenerativa de energia.

Abaixo segue os elevadores monitorados no estudo de caso, bem como a característica

de cada um e seus principais dados técnicos necessários para o monitoramento.

36

a) Categoria comercial sem Regenerativo – Elevador 1

Quadro 8 – Dados do elevador 1

Categoria Comercial

Cidade Porto Alegre

Endereço Avenida Ipiranga - 6681

Obra 25626

Localização Elevador 1

Potência do motor 26 kW

Tensão do prédio 220 V

Capacidade da cabina 20 Passageiros

Tração 1 : 1

Acionamento ACS - VVVF

Velocidade 1,5 m/s

Número de andares 10

Modelo da máquina Indução [x] Ímãs Permanentes [ ]

Sistema Regenerativo Sim [ ] Não [x]


b) Categoria comercial sem Regenerativo – Elevador 2



Categoria Comercial

Cidade Porto Alegre


Obra 36030





Tração 1 : 1


Velocidade 1,5 m/s



Sistema Regenerativo Sim [ ] Não [x]

37

c) Categoria comercial com Regenerativo – Elevador 3 - Com Unidade Regenerativa de

Energia


Categoria Comercial

Cidade Porto Alegre

Endereço Borges de Medeiros - 2233

Obra 38730




Capacidade da cabina 14 Pessoas

Tração 2 : 1


Velocidade 2,0 m/s



Sistema Regenerativo Sim [x] Não [ ]

Fonte: Autoria propria (2017)

d) Categoria comercial sem Regenerativo – Elevador 3 – Sem Unidade Regenerativa de

Energia


Categoria Comercial

Cidade Porto Alegre

Endereço Borges de Medeiros - 2233

Obra 38730





Tração 2 : 1


Velocidade 2,0 m/s



Sistema Regenerativo Sim [ ] Não [x ]


38

e) Categoria comercial com Regenerativo – Elevador 4


Categoria Comercial

Cidade Porto Alegre


Obra 96915





Tração 1 : 1


Velocidade 1,75 m/s



Sistema Regenerativo Sim [X ] Não [ ]


f) Categoria residencial sem Regenerativo – Elevador 5


Categoria Residencial

Cidade Porto Alegre

Endereço Rua Anita Garibaldi - 2120

Obra 4660


Potência do motor 7,5 kW


Capacidade da cabina 8

Tração 1:1

Acionamento Relé

Velocidade 1,0 m/s





39

g) Categoria residencial sem Regenerativo – Elevador 6


Categoria Residencial

Cidade Porto Alegre

Endereço Rua Francisco Petuco - 190

Obra 22698


Potência do motor 11,0 kW



Tração 1 : 1

Acionamento ACVV

Velocidade 1,25 m/s





h) Categoria residencial sem Regenerativo – Elevador 7 – Com Unidade Regenerativa de

Energia


Categoria Comercial

Cidade Porto Alegre


Obra 85270





Tração 1 : 1


Velocidade 1,5 m/s



Sistema Regenerativo Sim [x ] Não []


40

i) Categoria residencial com Regenerativo – Elevador 7– Sem Unidade Regenerativa de

Energia


Categoria Comercial

Cidade Porto Alegre


Obra 85270





Tração 1 : 1


Velocidade 1,5 m/s



Sistema Regenerativo Sim [] Não [x]


3.1.1 Análise gráfica dos resultados

No gráfico 1 é possível analisar o consumo de energia em percurso padrão. Os dois

elevadores estudados possuem a Unidade Regenerativa de Energia, e para análise, foi

monitorado os elevadores sem a unidade regenerativa e com a unidade regenerativa de energia

interligada em seus respectivos quadros de comando. Ambos os prédios são de grande fluxo de

pessoas. O elevador 3, encontra-se em um prédio comercial localizado na avenida Borges de

Medeiros, centro de Porto Alegre. Já o elevador 7 encontra-se instalado em uma universidade

de Porto Alegre, na avenida Ipiranga.

Através da coleta de dados e aplicando a norma VDI 4707, no elevador 3 confirmou-se

uma redução de 61,87% de energia com o uso da unidade regenerativa de energia em relação

ao mesmo elevador quando analisou-se sem a unidade regenerativa de energia.

O teste foi realizado em percurso padrão. O mesmo teste foi realizado com o elevador

7, e o mesmo apresentou uma redução de 56,52% de energia quando está conectado em sua

unidade regenerativa de energia.

41

Gráfico 1 – Energia Ativa total em percurso padrão


Abaixo apresenta-se o gráfico 2, nele é possível analisar o consumo total de energia

durante um ano (365) dias, neste cenário é percebível que o uso de uma unidade regenerativa

de energia trouxe ganhos significativos, quanto ao consumo de energia por elevador. Neste

caso, os elevadores monitorados no estudo de campo.

Neste gráfico 2 analisou-se somente o consumo de energia dos elevadores 3 e 7, com e

sem a unidade regenerativa de energia.

0,0860

0,1390

0,0819

0,1449

Energia total em persurso padrão [kWh]

42

Gráfico 2 – Consumo anual dos elevadores monitorados


No gráfico 3 , é possível analisar um comparativo da demanda de energia em percurso

padrão, bem como ao lado foi classificado este consumo de acordo com a norma VDI 4707.

Para os elevadores monitorados no estudo de caso.

Gráfico 3 – Demanda em percurso padrão


O comparativo de consumo anual de energia nos elevadores estudados, pode ser visto

no gráfico 4. Nota-se claramente um menor consumo de energia nos elevadores residenciais,

cuja categoria de uso utilizada foi a 2 (Elevadores Residenciais com Fluxo Moderado de

Passageiros).

É também possível verificar que o maior consumo encontra-se no elevador 7, quando

desconectado da unidade regenerativa de energia. Através deste gráfico, mais uma vez, é

7.055

9.793

6.842

10.305

Consumo Anual [kWh]

0,768

0,646 0,537

0,868

0,744

1,4721,441

0,544

0,962

Demanda de Energia [(m.W.h)/(m.kg)]

43

possível evidenciar a importância significativa da redução do consumo de energia no elevador

quando este está conectado a uma unidade regenerativa de energia.

Gráfico 4 – Consumo anual de todos elevadores


O gráfico 5, abaixo, é último gráfico das análise gráficas propostas neste artigo. Nele é

possível visualizar o consumo de energia diário de cada elevador monitorado neste estudo de

caso. A curva permanece a mesma do consumo anual projetada no gráfico 4, todavia em

dimensões diferentes. Isto valida os dados e confirma os ganhos significativos da unidade

regenerativa de energia, bem como é possível determinar que um elevador residencial terá um

consumo menor devido a sua demanda de uso.

Gráfico 5 – Consumo anual de todos elevadores


9.305

6.630 7.055

9.793

8.231

1.8281.877

6.842

10.305

Consumo Anual [kWh]

25.494

18.164 19.328

26.830

22.551

5.0095.142

18.745

28.232

Consumo Diario [Wh]

44

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS E CLASSIFICAÇÃO ENERGÉTICA DOS

ELEVADORES MONITORADOS

No quadro 17 é possivel analisar à qual classe energética cada elevador pertence, bem

como é possivel ver os valores de consumo de energia anual e diário, para cada categória de

uso.



Elevador 1

O elevador 1 foi classificado de acordo com a categoria de uso 4, em que o tempo médio

de viagem por dia é em torno de 3 horas. Após o monitoramento e aplicando a norma VDI 4707,

a classificação deste equipamento comercial ficou na categoria C, com um consumo anual de

energia de 9.305 kWh.

Elevador 2

Neste elevador de uso comercial, a categoria de uso aplicada de acordo com a VDI 4707

foi a 4, com tempo de viagem em torno de 3 horas. Para este equipamento que não possui

unidade regenerativa de energia, a classificação energética fiou B, com o consumo anual de

energia em torno de 6.630 kWh.

45

Elevador 3 com Unidade Regenerativa de Energia e sem a Unidade Regenerativa

de Energia

O monitoramento do elevador 3 deu-se de duas maneiras. A primeira com o quadro de

comando do elevador conectado à unidade regenerativa de energia, e a segunda sem a unidade

regenerativa.

Observou-se a vantagem do uso de uma unidade regenerativa de energia, pois o mesmo

equipamento monitorado e classificado com a categoria de uso 4, edifícios comerciais de fluxo

de pessoas moderado, passou de um consumo de energia anual de 9.793 kWh, para 7.055 kWh.

Com isto a classificação energética passou de B com a unidade regenerativa de energia para C

sem o uso deste sistema de recuperação de energia elétrica.

Elevador 4

O quarto elevador monitorado é um equipamento de categoria de uso 4, e tem seu tempo

em viagem por dia em torno de 3 horas. Trata-se de um condomínio comercial de fluxo

moderado de pessoas e sua classificação energética de acordo com a VDI 4707 é C, e seu

consumo anual de energia ficou 8.231 kWh.

Elevador 5

O quinto elevador monitorado em que obtivemos os dados, foi um elevador residência

e tem-se sua categoria de uso 2, para elevadores residenciais com fluxo de moderado de pessoas.

Este elevador possui um sistema de acionamento por relé e trata-se de uma tecnologia

ultrapassada. Todavia sua classificação energética de acordo com a norma ficou na classe C, e

seu consumo anual de energia aproximadamente 1.877 kWh.

Elevador 6

Este equipamento é de uso comercial e sua categoria de uso é a 2, após a realização do

monitoramento, foi possível classifica-lo com a classe C, de acordo com a VDI 4707, norma

estudada no âmbito da realização deste artigo.

46

Elevador 7 com Unidade Regenerativa de Energia e sem a Unidade Regenerativa

de Energia

O último elevador monitorado é um equipamento que está localizado em uma das

maiores universidades de Porto Alegre, seu uso em viagem é estimado em 3 horas por dia, e

por isso a categoria de uso de acordo com a norma VDI 4707 é a 4. Para o monitoramento,

assim como o elevador 3, neste elevador foi coletado os dados com a unidade regenerativa

conectado ao elevador e sem a unidade regenerativa.

O consumo anual de energia caiu 10.305 kWh para 6.842 kWh, quando analisou-se

coma unidade regenerativa, ou seja, é o segundo equipamento monitorado neste estudo de caso

que teve seu consumo reduzido com a aplicação do sistema de recuperação de energia.

47

5 CONCLUSÃO

O presente trabalho de conclusão, apresentou um estudo teórico prático em elevadores

comerciais, no âmbito de determinar a sua eficiência energética, bem como estimar seu

consumo de energia. Este estudo reuniu diferentes tecnologias que ainda operam em pleno

funcionamento, tratou de forma sucinta os tipos de motores e máquinas que a indústria de

transporte vertical utiliza em seus elevadores.

Apresentou-se a norma VDI 4707, a mesma foi discriminada e implementada para

determinar as classes energéticas de cada elevador monitorado e estudado.

Este estudo também dividiu-se em analisar as vantagens da utilização de uma unidade

regenerativa de energia, comparando-a com elevadores que ainda não à possui e mesmo com o

elevadores que já tem estes sistema, foi-se analisado sem a utilização da unidade regenativa,

com objetivo de verificar se houve ou não uma melhora significativa, quanto ao uso desta

tecnologia. Foi possível identificar através dos resultados obtidos que a utilização deste sistema

de regeneração de energia é de grande valor para condomínios comerciais. Todavia para

condomínios residenciais não chegou-se a um resultado que possibilitasse afirmar o

investimento nesta tecnologia.

A devolução de energia para rede do condomínio ou diretamente para o sistema do

elevador, atrai ao ponto da redução no consumo de energia e isto diminuirá os custos de energia

com elevadores pelo condomínio. Quando analisamos os consumos diário e anual, nota-se

através dos gráficos que os condomínios residenciais possuem menor consumo, mesmo muitas

vezes com sistemas de acionamentos ineficientes. Por outro lado é possível avaliar que a

demanda de energia em percurso é maior quando comparada com elevadores comerciais que

possuem sistemas modernos de acionamentos.

Depois de monitorar os elevadores estudados nos condomínios e extraídos os dados

necessários para aplicação dos cálculos da VDI 4707, chegou-se a uma classificação energética

para cada elevador monitorado, e à estes elevadores aplicou-se um selo de eficiência energética,

bem como determinamos através de cálculos e estimativas o consumo anual previsto para o

mesmo.

Para um trabalho futuro poderia ser interessante aplicar a estimativa do consumo de

energia em elevadores hidráulicos ou escadas rolantes e também usar a regeneração de energia

para aplicação externas como forma de acionamento de outros equipamentos presentes num

condomínio.

48

6 REFERÊNCIAS

AECweb, Arquitetura, Engenharia e Construção. 2009. [Online]. Available, Revista Digital.

Disponível em www.aecweb.com.br/cont/m/rev/rochavera-corporate-towers-recebe-leed-

gold_2018_10_0.

BARBI, Ivo & MARTINS, Denizar Cruz. Conversores CC-CC Básicos Não Isolados.

Edição dos Autores. Florianópolis, SC, Brasil, 2000.

BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência. 6. ed. Florianópolis, SC, Brasil, 2006.

MASAKI, Nomura et al. Regenerative Power Control For VVVF Motor Drive (Critical

Braking Method Applied To The Elevator) , IEEE 97–105.

PIRES, Tiago Rubial de Azevedo. Eficiência Energética em Transporte Vertical.

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, janeiro de 2009.

RASHID, Muhammad Harunur. Power Electronics – Circuits, devices and applications. 2.

ed. Prentice Hall, New Jersey, 1993.

SANTOS, Caio Bruno Cesar dos; MULLER, Alexandre de Campos. Manual de Instalação

do Quadro de Comando da Frenagem Regenerativa. Thyssenkrupp Elevadores, 2013.

SECME. “Quanta Energia Consome seu Elevador”. 2008. Documento em PDF

disponibilizado no Site do Sindicato das Empresas de Conservação, Manutenção e Instalação

de Elevadores. São Paulo.

TROLLER, Eduardo. “Eficiência Energética em Elevadores”. Universidade Federal do Rio

Grande do Sul (Projeto de Diplomação), 2015.

UNICAMP, FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA. [Online]. Available.

Disponível em http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/pfp/Cap3.pdf . Acesso

novembro 2017.

VDI 4707. Documento Objeções de eficiência energética até 2008-05-31 com métodos para

cálculo do consumo de energia em elevadores.

WEG. Automação Inversores de Frequencia WEG. Catalogo em formato PDF: outubro de

2014.

http://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/rochavera-corporate-towers-recebe-leed-gold_2018_10_0

http://www.aecweb.com.br/cont/m/rev/rochavera-corporate-towers-recebe-leed-gold_2018_10_0

http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/pfp/Cap3.pdf

49

ANEXO A – Itens necessário para montagem do segundo protótipo de medição

Descrição do item Quantidade Imagem Fornecedor

Medidor iEM3255 2

Schneider

Painel Quasar 1x12

módulos 1

Steck

Prensa cabos PG21 1

B&B

TC bipartido FP-

35 (fio com 2,5m

de comprimento)

250/5ª

4

Beier

Garra tipo Jacaré 4

B&B

Terminal tipo ilhos 21

B&B

Terminal flecha 2

pinos 1

B&B

Garra tipo jacaré 1

B&B

50

APÊNDICE A – Selo de classificação energética do elevador 3 com a unidade

regenerativa de energia

APÊNDICE B – Selo de classificação energética do elevador 3 sem a unidade


51

APÊNDICE C – Selo de classificação energética do elevador 7 com a unidade


APÊNDICE D – Selo de classificação energética do elevador 7 sem a unidade


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