UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ FERNANDO ALVES PINTO …

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

FERNANDO ALVES PINTO

MICHEL ALEXANDRE LEVANDOSKI

LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: EXPERIMENTOS DIDÁTICOS

PARA ESTUDOS EM EFICIÊNCIA E QUALIDADE DE ENERGIA

CURITIBA

2017



LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: EXPERIMENTOS DIDÁTICOS

PARA ESTUDOS EM EFICIÊNCIA E QUALIDADE DE ENERGIA

Trabalho de conclusão de Curso de Graduação apresentado a disciplina TE-105 Projeto de Graduação, do Curso Superior de Engenharia Elétrica, do Departamento Acadêmico de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Paraná, como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Prof. Dr. James Alexandre Baraniuk

CURITIBA

2017

TERMO DE APROVAÇÃO



LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTCA: EXPERIMENTOS DIDÁTICOS

PARA ESTUDO em EFICIÊNCIA E QUALIDADE DE ENERGIA

Trabalho de conclusão de curso, aprovado como requisito parcial à obtenção do

grau de Engenheiro Eletricista no curso de Engenharia Elétrica, Setor de Tecnologia

da Universidade Federal do Paraná, pela seguinte banca examinadora:

____________________________________________

Prof. Dr. James Alexandre Baraniuk

Orientador- Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do

Paraná, UFPR.

____________________________________________

Prof. Dr. Carlos Marcelo Pedroso

Membro - Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Paraná,

UFPR.

____________________________________________

Prof. Dr. Odilon Luís Tortelli

Membro - Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Paraná,

UFPR.

Curitiba, 27 de junho de 2017.

DEDICATÓRIA

Este trabalho é dedicado a Jaqueline Alves Pinto e Roberto Carlos de

Oliveira Pinto, meus queridos pais, e a meu irmão Felipe Alves Pinto, por

compreensão e apoio incondicional em uma difícil jornada para superar novos

desafios e concluir mais uma importante etapa. Também dedico este trabalho

ao saudoso amigo, Wellington Mauro da Silva Pereira (In Memoriam), por ter

sido exemplo de dedicação e perseverança.

- Fernando Alves Pinto

Dedico este trabalho a meus familiares que com amor sempre me

apoiaram em todos os momentos difíceis desta jornada, em especial a minha

mãe Emilia Levandoski, aos meus irmãos Adriane e Robson, a minha esposa

Karine Pecharki, a minha sobrinha Ana Carolina, meu cunhado Ciro Correa e a

todos os amigos e colegas que sempre estiveram juntos nos momentos felizes

e tristes. Dedico o trabalho a quem não está mais aqui para ver esse dia

infelizmente, como meu querido pai Wilson José Levandoski o qual com muito

sofrimento não poderei abraçar mais, a minha amada vó Genoveva Storki e ao

colega e amigo de curso Wellington Mauro da Silva Pereira o qual perdemos ao

longo dessa jornada, que certamente estaria aqui presente hoje.

- Michel Alexandre Levandoski

AGRADECIMENTOS

A realização deste trabalho não seria possível sem a compreensão e

dedicação de todos familiares, professores, colegas e amigos que estiveram

presente neste período. Por isso, agradeço a todo o corpo docente que sempre

se esforçou ao máximo para compartilhar seus conhecimentos e experiências.

Em especial agradeço ao Professor Doutor James Alexandre Baraniuk, pelo

apoio e dedicação na orientação deste trabalho, ao professor Doutor João

Américo Vilela Junior por se dispor a colaborar com sugestões, ao Professor

Mestre Vilson Roiz Gonçalves Rebelo da Silva por sempre demonstrar apoio,

incentivo e auxiliou com seus ensinamentos e a todos envolvidos com a Exaut

Energia e Automação por grande contribuição na minha formação.

- Fernando Alves Pinto

Faço aqui o meu agradecimento a todos os professores do

departamento de elétrica, que com muita sabedoria e destreza nos passaram

um pouco do seu conhecimento ao longo de todos esses anos. Um

agradecimento especial ao nosso orientador professor Doutor James Alexandre

Baraniuk que sempre disposto nos ajudou, aos professores doutores João

Américo Vilela Junior e Mateus Duarte Teixeira, e professor Msc Vilson Roiz

Gonçalves Rebelo da Silva pela ajuda e contribuição ao longo do trabalho, aos

técnicos do laboratório do bloco de Engenharia Elétrica da UFPR, em especial

Heitor Bueno Novelli pela ajuda técnica sempre que nós precisamos. E a todos

os colegas e companheiros que sempre estiveram aqui nós ajudando ao longo

de todos esses anos.

- Michel Alexandre Levandoski

RESUMO

Hoje em dia eficiência energética, é um tema já corriqueiro em áreas que

envolvem estudos com qualquer tipo de energia, a tendência é de que estes

estudos continuem. Com avanços tecnológicos novos estudos e abordagens

serão desenvolvidas, seja por preocupações ecológicas, desperdício ou

economia de energia. Visando um laboratório que possa ser utilizado de forma

acadêmica por alunos de graduação em engenharia elétrica, este trabalho

sugere uma nova abordagem para utilização de um laboratório pouco

aproveitado.

O laboratório dispõe de bom espaço para desenvolver experimentos

práticos e embora contenha alguns bons equipamentos, este laboratório não

possui função ativa na grade curricular atual para formação dos alunos de

engenharia elétrica de UFPR. Embora estes equipamentos tenham grande

serventia para alunos desenvolverem seus experimentos e se familiarizarem

com questões atuais como eficiência energética, qualidade de energia e

geração distribuída, os equipamentos se encontram em estado de abandono e

acabam se deteriorando prejudicando em seu funcionamento.

Este laboratório contém um conjunto de motores de alta eficiência,

utilizados para o bombeamento de água fazendo parte de um sistema

composto por uma torre de aproximadamente 5 metros de altura onde estão

localizados dois reservatórios de 1000 l. Este conjunto possui um sistema de

captação de água da chuva sendo que os motores são responsáveis para

bombear água do reservatório inferior para o reservatório superior quando

necessário. Este é um sistema de reservatório exclusivo para bombeamento e

aquecimento de água, sendo que a água é captada da chuva e transferida de

um reservatório para o outro, não sendo atribuída nenhuma outra finalidade

para este sistema, como utilização desta água para banheiros ou limpeza. Ou

seja, este sistema possui única utilidade, experimentos e estudos. Assim a

questão que fica é, por que não realizar estes experimentos práticos?

Como o laboratório possui um conjunto de motores, cada um com um

tipo de acionamento, porque não testar a eficiência de cada um deles para o

bombeamento de água? Por que não estudar o impacto que cada acionamento

provoca na rede? Por que não avaliar o desempenho da bomba de calor? Por

que não avaliar um chuveiro elétrico? Aquecimento solar?

Por mais que não se encontre em perfeitas condições, o laboratório

possui instalação para que se possa ser utilizado, assim o desenvolvimento de

roteiros de experimentos para estudos sobre eficiência energética e qualidade

de energia, pode vir a ser um caminho para que este laboratório venha a ter

mais utilidade de forma acadêmica para os alunos.

Palavras-chave: Eficiência Energética. Energia Elétrica. Experimentos.

Roteiros PowerMonitor 3000. Fluke 434.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Fluxo de Energia Elétrica .................................................................. 15

Figura 2: IDEF elaborado para o presente trabalho. ........................................ 26

Figura 3: Etapas dos Projetos do PEE. ............................................................ 32

Figura 4: Módulos do PROPEE. ....................................................................... 33

Figura 5: Atividades de medição e verificação. ................................................ 36

Figura 6: Metodologia ISO 50001:2011, Plan-do-Check-Act. ........................... 37

Figura 7: Estrutura Lógica do CLP ................................................................... 40

Figura 8: CLIC02 .............................................................................................. 40

Figura 9: Diagrama de conexão CLIC02 .......................................................... 41

Figura 10: Saídas para Relés ........................................................................... 42

Figura 11: Saídas para transistores ................................................................. 42

Figura 12: Rede Modbus com dispositivos CLIC02 .......................................... 43

Figura 13: Inversor de Frequência CFW 500 ................................................... 45

Figura 14: Inversor de Frequência Altivar 31.................................................... 47

Figura 15: PowerMonitor 3000 ......................................................................... 48

Figura 16: Esquema de Ligação WYE. ............................................................ 50

Figura 17: Níveis 3 e 4 pelo menu de configurações. ...................................... 51

Figura 18: PowerMonitor 3000, Web page (a).................................................. 52

Figura 19: PowerMonitor 3000, Web page (b).................................................. 53

Figura 20: Configuração da tensão no primário dos TP's ................................. 55

Figura 21: Configuração da tensão no secundário dos TP's ............................ 55

Figura 22:Configuração da corrente no primário dos TC's ............................... 55

Figura 23: Configuração da corrente no secundário dos TC's. ........................ 55

Figura 24:Configuração do modo de conexão. ................................................ 56

Figura 25: Placa com montagem do PowerMonitor 30000 (a). ........................ 56

Figura 26: Placa de montagem do PowerMonitor 3000 (b). ............................. 57

Figura 27: Diagrama trifilar de conexão e alimentação do medidor. ................ 58

Figura 28: Esquemático de utilização do PowerMonitor 3000. ......................... 59

Figura 29: PowerMonitor 3000 com lâmpadas conectadas em estrela (Y). ..... 60

Figura 30: Tensão de linha, fase R. ................................................................. 60

Figura 31: Tensão entre fases R e S. ............................................................... 60

Figura 32: Corrente Fase R. ............................................................................. 60

Figura 33: Potencia dissipada Fase R. ............................................................. 60

Figura 34: Potencia dissipada nas três fases. .................................................. 60

Figura 35: Consumo de energia do sistema em Watts por hora. ..................... 60

Figura 36: PowerMonitor 3000 com lâmpadas conectadas em delta (Δ). ........ 61





Figura 41: PowerMonitor 3000 com lâmpadas conectadas em delta (Δ). ........ 62





Figura 46: Bloco T1 configurado no CLIC 02 ................................................... 64

Figura 47: Bloco T2 configurado no CLIC 02 ................................................... 64

Figura 48: Configuração de temporizador no Clic Edit. .................................... 64

Figura 49: Programação na interface “Ladder”................................................. 65

Figura 50: Programação no Clic Edit. ............................................................... 65

Figura 51: Montagem com CLIC 02 para simulação. ....................................... 66

Figura 52: Fluke 434. ....................................................................................... 67

Figura 53: Menu, Fluke 434.............................................................................. 68

Figura 54: Cablagem(a) ................................................................................... 68

Figura 55: Cablagem(b) ................................................................................... 68

Figura 56: Cablagem(c) .................................................................................... 69

Figura 57:Esquemas de Ligação ...................................................................... 69

Figura 58: Setup, Fluke 434. ............................................................................ 70

Figura 59:Conexão Fluke 434 e Computador................................................... 71

Figura 60: Config. Taxa de Transmissão, FlukeView. ...................................... 71

Figura 61: Diagrama de Fiação Básico, Fluke 434. .......................................... 72

Figura 62: Esquema de Ligação para duas luminárias. ................................... 75

Figura 63: Exemplo de resumo gerado pelo programa Dialux. ........................ 77

Figura 64: Esquemático do Ambiente do Laboratório ...................................... 78

Figura 65: Imagem do Dialux com a simulação da Iluminância. ....................... 78

Figura 66: Imagem com as medidas obtidas com o Luxímetro. ....................... 79

Figura 67: Esquemático do Ambiente do Laboratório. ..................................... 79

Figura 68: Imagem do Dialux com a simulação da Iluminância. ....................... 79

Figura 69: Medidas com Luxímetro. ................................................................. 80



Figura 72: Imagem com as medidas obtidas com o Luximetro. ....................... 81

Figura 73: Potência para duas luminárias ........................................................ 82

Figura 74: Energia para as duas luminárias. .................................................... 82

Figura 75: Funcionamento de uma bomba de calor em uma piscina. .............. 86

Figura 76: Bomba de Calor .............................................................................. 87

Figura 77: Boiler, 150 litros............................................................................... 87

Figura 78: Diagrama de Fiação Bomba de Calor ............................................. 89

Figura 79: Valores de Tensão e Corrente ........................................................ 90

Figura 80: Valores de Potência e Energia ........................................................ 90

Figura 81: Diagrama de Fiação para chuveiro. ................................................ 91

Figura 82: Medida de Temperatura, Bomba de Calor ...................................... 93

Figura 83: Conjunto de Motores, Laboratório de Eficiência .............................. 96

Figura 84: Corrente de partida ......................................................................... 98

Figura 85: Corrente de partida. ........................................................................ 98

Figura 86: Ligação para partida estrela-triângulo. ............................................ 99

Figura 87: Comportamento do torque na partida com inversor. ....................... 99

Figura 88: Ligação do motor com o inversor. ................................................. 100

Figura 89: Diagrama de Fiação, Motores. ...................................................... 102

Figura 90: Valores de potências e energia. .................................................... 103

Figura 91: Motor de 4cv partida direta. ........................................................... 104

Figura 92: Motor de 4cv partida estrela-triângulo. .......................................... 104

Figura 93: Motor de 4cv partida com inversor de frequência. ........................ 104

Figura 94: Placa de Identificação de Motor WEG ........................................... 110

Figura 95: Quadro de Energia 1, Laboratório de Eficiência ............................ 111

Figura 96: Quadro de Energia 2, Entrada do bloco. ....................................... 111

Figura 97: Afundamento de Tensão. .............................................................. 112

Figura 98: Afundamento de Tensão ............................................................... 112

Figura 99: Afundamento de Tensão ............................................................... 113

Figura 100: Quedas de tensão admitido pelo NBR 5410. .............................. 114

LISTA DE QUADROS

Quadro 1: Regulamentação da Lei de Eficiência Energética. .......................... 18

Quadro 2: Níveis mínimos de Eficiência Energética FLC sem invólucro .......... 18

Quadro 3: Níveis mínimos de Eficiência Energética FLC sem invólucro .......... 19

Quadro 4: Alimentação do CLIC02 ................................................................... 41

Quadro 5: Valores das iluminâncias coletadas na bancada do laboratório. ..... 82

Quadro 6: Valores medidos pelo Fluke 434. .................................................... 83

Quadro 7: Valores de tensão, corrente e frequência. ....................................... 84

Quadro 8: Valores de potência. ........................................................................ 84

Quadro 9: Valores medidos pelo Power Monitor. ............................................. 84

Quadro 10: Valores de Tensão e Corrente ...................................................... 92

Quadro 11: Valores de Potência. ..................................................................... 92

Quadro 12: Contém todos os valores medidos. ............................................... 94

Quadro 13: IDE para motores. ....................................................................... 105

Quadro 14: Tabela apresenta as classificações do PRODIST ....................... 108

Quadro 15: Afundamento de Tensão ............................................................. 112



Quadro 18: Queda de tensão (ΔV(%)). .......................................................... 113

Quadro 19: Dimensionamento de condutor por soma de potências ............... 115

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Usos finais de energia elétrica no Brasil. ......................................... 16

Gráfico 2: Posse Média de Equipamentos no Setor Residencial ..................... 16

Gráfico 3: Consumo de Energia em Indústrias Energointensivas. ................... 20

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT - Associação Brasileira de Normas técnicas

AEE - Ações de Eficiência Energética

ANEEL - Agência Nacional das Águas

BEN - Balanço Energético Nacional

CGIEE - Comitê Gestor de Indicadores de Eficiência Energética

COPEL - Companhia Paranaense de Energia

EPE - Empresa de Pesquisa Energética SP

EVO - Efficiency Evaluation Organization

DIP - Afundamento de Tensão

IDE - Indicador de Desempenho Energético

IDEF - Integration Definition.

IHM - Interface Homem Máquina

kWh - quilowatt-hora

M&V - Medição e Verificação

MMA - Ministério do Meio Ambiente

MME - Ministério de Minas e energia

PEE - Programa de Eficiência Energética

P&D - Pesquisa e Desenvolvimento

PDCA - Plan-do-Check-Act

PIMVP - Protocolo Internacional de Medição e Verificação

PROCEL - Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica

PRODIST - Procedimentos de Distribuição

PROPEE - Procedimento do Programa de Eficiência Energética

RCB - Relação Custo Beneficio

SAG - Afundamento de Tensão

SGE - Sistemas de Gestão de Energia

SWELL - Elevação de Tensão

TC - Transformador de Corrente

TI - Transformador de Instrumentação

TP - Transformador de Potencial

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .................................................................................... 14

1.1 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA ................................................................... 14

1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA ........................................................................... 22

1.3 JUSTIFICATIVA........................................................................................ 22

1.4 OBJETIVOS ............................................................................................ 23

1.4.1 Objetivo geral .................................................................................... 23

1.4.2 Objetivos específicos ....................................................................... 23

1.5 ESTRUTURA ........................................................................................... 24

1.6 METODOLOGIA ....................................................................................... 24

1.7 PUBLICO ALVO ...................................................................................... 27

1.8 DIFERENCIAL DO PROJETO ..................................................................... 27

1.9 REVISÃO DA LITERATURA ........................................................................ 27

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................................................... 31

2.1 PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA DA ANEEL - PEE .......................... 31

2.2 PROCEDIMENTOS DO PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA – PROPEE ..... 32

2.2.1 Módulo 7 – Cálculo da Viabilidade ................................................... 33

2.2.2 Módulo 8 – Medição e Verificação dos Resultados ........................ 34

2.2.3 Diagnóstico Energético .................................................................... 34

2.2.4 Medição e Verificação (M&V) ........................................................... 34

2.2.5 Relação Custo Benefício (RCB) ....................................................... 35

2.2.6 Avaliação ex ante .............................................................................. 35

2.2.7 Avaliação ex post .............................................................................. 35

2.2.8 Sistema de Gestão de Energia (SGE) .............................................. 35

2.3 PROTOCOLO INTERNACIONAL DE MEDIÇÃO E VERIFICAÇÃO DE PERFORMANCE –

PIMVP 35

2.4 SISTEMAS DE GESTÃO DE ENERGIA - ABNT NBR ISO 50001:2011 ........... 36

3 MATERIAIS E EFICIÊNCIA EFICIENCIA ENERGÉTICA .................. 39

3.1 CLP – CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMAVEL ......................................... 39

3.1.1 Relé programável WEG CLIC02 ....................................................... 40

3.2 INVERSOR DE FREQUENCIA ..................................................................... 43

3.2.1 Inversor de Frequência WEG - CFW500 .......................................... 45

3.2.2 Inversor de Frequência Schneider - Ativar 31 ................................ 47

3.3 POWERMONITOR 3000 .......................................................................... 48

3.3.1 Sobre o PowerMonitor 3000 ............................................................. 48

3.3.2 Aplicações ......................................................................................... 49

3.3.3 Dados técnicos .................................................................................. 49

3.3.4 Estrutura do menu do PowerMonitor 3000 ..................................... 50

3.3.5 Comunicação via rede com o PowerMonitor 3000 ......................... 51

3.3.6 Configurações necessárias para o projeto ..................................... 53

3.3.7 Montagem e operação do Power Monitor 3000 .............................. 53

3.3.8 Testes Iniciais. ................................................................................... 57

3.3.9 PowerMonitor 3000 e relé programável WEG CLIC02. ................... 63

3.3.10 Cuidados ......................................................................................... 66

3.4 ANALISADOR DE ENERGIA FLUKE 434 SÉRIE II .......................................... 66

3.4.1 Sobre o Fluke 434.............................................................................. 66

3.4.2 Aplicações ......................................................................................... 67

3.4.3 Dados Técnicos ................................................................................. 68

3.4.4 Utilização ........................................................................................... 70

3.4.5 Testes Iniciais .................................................................................... 71

3.5 EXPERIMENTOS SOBRE ILUMINAÇÃO ........................................................ 73

3.5.1 Luminotécnica ................................................................................... 73

3.5.2 Software Dialux ................................................................................. 73

3.5.3 Luximetro ........................................................................................... 74

3.5.4 Procedimento a ser realizado nos Experimentos .......................... 74

3.5.5 Analise do Experimento 1 ................................................................ 77



3.5.8 Medida da Iluminância ...................................................................... 81

3.5.9 Consumo de Energia ........................................................................ 82

3.5.10 Cenário com 2 luminárias fluorescentes ..................................... 82

3.6 EXPERIMENTO AQUECIMENTO DE ÁGUA .................................................... 85

3.6.1 Bomba de Calor ................................................................................. 85

3.6.2 Procedimento Experimental ............................................................. 86

3.6.3 Materiais e equipamentos utilizados ............................................... 86

3.6.4 Procedimento para coleta de dados ................................................ 88

3.6.5 Ducha Lorenzetti (chuveiro) ............................................................. 90

3.6.6 Análise de dados ............................................................................... 92

3.6.7 Relação Custo Benefício (RCB) ....................................................... 94

3.7 EXPERIMENTO COM MOTORES ................................................................. 95

3.7.1 Roteiro sobre Acionamento de Motores ......................................... 95

3.7.2 Motores de indução trifásicos (MIT) ................................................ 96

3.7.3 Procedimento Experimental ........................................................... 100

3.7.4 Materiais e equipamentos utilizados ............................................. 100

3.7.5 Procedimento para coleta de Dados ............................................. 100

3.7.6 Análise de Dados ............................................................................ 104

4 EXPERIMENTOS SOBRE QUALIDADE DE ENERGIA ................... 106

4.1 QUALIDADE DE ENERGIA........................................................................ 106

4.1.1 Afundamento de Tensão (SAG) ..................................................... 106

4.1.2 Elevação de Tensão (SWELL) ........................................................ 107

4.2 VARIAÇÃO NA TENSÃO DA REDE ELÉTRICA ............................................. 107

4.3 PROCEDIMENTO A SER REALIZADO NO EXPERIMENTO .............................. 109

4.4 PROCEDIMENTO E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ...................................... 109

4.5 RESULTADOS OBTIDOS ........................................................................ 111

4.5.1 Quadro de energia do Laboratório de Eficiência.......................... 112

4.5.2 Quadro de energia entrada do bloco PK. ...................................... 112

4.5.3 Quadro de energia da sala PK12.................................................... 113

4.5.4 Análise de Resultados .................................................................... 113

5 CONCLUSÂO ................................................................................... 116

BIBLIOGRAFIA A SER UTILIZADA .............................................................. 118

APENDICE A – ROTEIRO BÁSICO POWERMONITOR 3000 ...................... 123

APENDICE B – ROTEIRO BÁSICO FLUKE 434 .......................................... 129

APENDICE C – ROTEIRO AQUECIMENTO DE ÁGUA ................................ 135

APENDICE D – ROTEIRO AFUNDAMENTO DE TENSÃO .......................... 145

APENDICE E – ROTEIRO ACIONAMENTO DE MOTORES ........................ 154

APENDICE F – ROTEIRO LUMINÁRIAS ...................................................... 161

APENDICE G – ROTEIRO LUMINÁRIAS 2 .................................................. 166

14

1 INTRODUÇÃO

1.1 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA

No início do século XX, após muitos avanços na utilização da

eletricidade, muito do que se procurava em termos de tecnologia, era

desenvolver cada vez mais equipamentos que utilizassem está forma de

energia para facilitar e melhorar a vida de todos. Com o passar do tempo, o

surgimento da iluminação gerada pela energia elétrica, ganhou espaço

substituindo sistemas antigos, máquinas e motores que facilitavam e

agilizavam os processos de produção das fábricas foram implementados,

aumentado à necessidade por uma demanda maior de energia elétrica. Por

isso, se viu a necessidade de maior geração da energia elétrica, no entanto a

energia era gerada com grande participação de fontes não renováveis, sem

consciência e preocupação ecológica.

Após a primeira crise do petróleo na década de 1970, se viu a

necessidade da maior utilização de fontes renováveis de energia, como forma

de racionalizar o consumo de energia. No Brasil a questão sobre eficiência só

foi realmente sentido no início da década de 2000 com o início dos apagões,

deixando cidades sem energia elétrica por horas (MMA, 2014).

Se tratando da energia elétrica, a preocupação com a economia de

energia é vista de duas maneiras. Primeiro existe a preocupação em relação a

ao fluxo de energia, a relação da demanda de energia e a energia que

efetivamente está sendo gerada e está disponível para o consumo. Em

segundo lugar está o faturamento, cada vez mais industrias e até

consumidores residenciais se preocupam em reduzir os gastos monetários

relacionados a utilização de energia.

Anualmente o Ministério de Minas e Energia (MME) juntamente com a

Empresa de Pesquisa Energética (EPE), realizam o Balanço Energético

Nacional (BEN). O BEN é um relatório onde é possível verificar a matriz

energética brasileira, o fluxo de energia, para que setores diferentes fontes de

energia são destinadas e em que quantidade. Na próxima página, na figura 1,

mostra uma representação fornecida pelo BEN, de como foi destinado o

consumo de energia elétrica no Brasil para o ano de 2016.

15

Figura 1: Fluxo de Energia Elétrica

Fonte: BEN, 2016.

Na figura 1 é possível observar que o setor industrial consumiu 196,6

TWh (31,9%) de toda a energia elétrica gerada em 2016, já os setores

residencial, comercial e público totalizaram juntos 265,4 TWh (43%) do

consumo. Como estes setores empregam juntos aproximadamente 3/4 de toda

a energia elétrica disponível, eles acabam por se tornar cenários interessantes,

com grande potencial para a redução de gastos de energia elétrica.

Com base em estudo de Fedrigo (2009), o gráfico 1 representa qual é a

característica do consumo de energia elétrica nas residências no Brasil.

Levantamentos realizado por BEN (2016) podem ser relacionando com a

característica de consumo apontada por Fedrigo (2009). Considerando que o

setor residencial consumiu 131,3 TWh de energia elétrica no ano de 2016,

chegasse a conclusão que iluminação residencial consumiu aproximadamente

9,2 TWh em 2016 enquanto chuveiros consumiram aproximadamente 24,9

TWh de energia elétrica.

16

Gráfico 1: Usos finais de energia elétrica no Brasil.

Fonte: Fedrigo (2009).

Como foi destacado no gráfico 1 a iluminação e uso de chuveiros

consomem um percentual considerado no uso final de energia elétrica das

residências. Este fato é levado em consideração por Vilela Junior (2017a), que

também destacou a questão de StandBy. A respeito de iluminação, os

diferentes tipos de lâmpadas e luminárias em geral demandam baixa potência,

porém a iluminação sempre será exigida, já que os dispositivos referentes a

iluminação estão entre os mais frequentes nas residências, como representado

no gráfico 2.

Gráfico 2: Posse Média de Equipamentos no Setor Residencial

Fonte: EPE, 2014.

Em setores públicos e comerciais, a iluminação chega a representar

uma fatia maior do uso final de energia elétrica. Teixeira (2017) destacou que

17

ainda é possível ganhar dinheiro com a economia de energia, substituindo

lâmpadas fluorescentes compactas por lâmpadas LED, embora não se obtenha

um ganho tão grande comparado com a época em que lâmpadas

incandescentes começaram a ser substituídas por fluorescentes compactas.

Como apontado no estudo de Fedrigo (2009), o destino do uso final nas

residências ainda pode variar dada a região do Brasil, ficando evidente a

diferença da utilização da energia elétrica nas regiões Sul e Nordeste, e

também devido as diferentes estações do ano, verão e inverno. Consumo de

energia elétrica por refrigeradores, ares-condicionados e chuveiros sofrem

considerada alteração devido a estação do ano, enquanto ares-condicionados

e refrigeradores tem uma grande elevação no consumo durante o verão,

chuveiros consomem mais durante o inverno.

Desenvolvimento de equipamentos e implantação de sistemas que

sejam mais eficientes, acabam por melhorar o rendimento e o funcionamento

dos processos que envolvem energia elétrica. Além disso, a gestão adequada

da energia, cada vez mais está sendo vista com bons olhos, tornando objeto de

estudos e até sendo implementada por grandes empresas que já se

conscientizaram da importância de reduzir gastos de energia, por exemplo, que

aumentem a produção com o mesmo consumo ou que mantenham a produção

com o consumo menor de energia.

No ano de 2001 foi decretada a Lei de Eficiência Energética (Lei

10.295/2001). Está lei determina níveis máximos de consumo de energia, ou

níveis mínimos da relação de eficiência energética, que equipamentos e

dispositivos consumidores de energia elétrica distribuídos no Brasil devem

oferecer. Estes níveis são determinados através de indicadores, que são

elaborados através da funcionalidade específica do equipamento, rendimento e

a vida útil (EPE, 2014).

A regulamentação de equipamentos fica a cargo do Comitê Gestor de

Indicadores de Eficiência Energética (CGIEE). O CGIEE deve desenvolver

regulamentação específica, estabelecer metas indicando a evolução de níveis

a serem alcançados para cada equipamento específico regulamentado (MME,

2007). A seguir no quadro 1, estão relacionados alguns equipamentos já

regulamentados.

18

Quadro 1: Regulamentação da Lei de Eficiência Energética.

Fonte: EPE, 2014.

Os quadros 2 e 3, destacam os níveis mínimos de eficiência energética

exigidos pelo CGIEE, para lâmpadas fluorescentes compactas (FLC). Como

indicador de desempenho, o CGIEE utilizou a relação lumens por watt.

Quadro 2: Níveis mínimos de Eficiência Energética FLC sem invólucro

Fonte: MME (2010).

19

Quadro 3: Níveis mínimos de Eficiência Energética FLC sem invólucro

Fonte: MME (2010).

Os chuveiros que representam grande parte do consumo de energia

elétrica, são um grande problema, pois diferentes tecnologias como o

aquecimento a gás GLP, do ponto de vista da população, ainda possuem um

grande obstáculo a sua implementação devido ao investimento a ser realizado

e ao consumo de uma outra fonte de energia. Então a redução no consumo de

energia pelos chuveiros é lenta, já que diferentes modelos de chuveiros

elétricos oferecem pouca variação de consumo de energia, e o consumo

também se relaciona ao conforto oferecido.

Assim como no setor residencial, o setor industrial possui um grande

potencial para redução do consumo de energia. Para indústrias, o consumo de

energia pode representar a redução no custo de fabricação de diversos

acessórios, equipamentos e dispositivos. Para o fabricante, a redução em

gastos na fabricação pode representar um lucro maior na venda do produto

final, e caso haja demanda está economia pode ser utilizada como fonte para

aumentar a produção. O gráfico 3 apresenta a evolução na distribuição do

consumo de energia em diferentes segmentos de industrias energointensivas

no Brasil.

20

Gráfico 3: Consumo de Energia em Indústrias Energointensivas.

Fonte: EPE, 2014.

Os segmentos de industrias destacados no gráfico 3, são segmentos

que por natureza de operação possuem diversos processos que consomem

muita energia elétrica. Industrias deste porte possuem fornos, sistemas de

aquecimento, refrigeração, bombeamento de água e fluidos, trituradores,

fundição e muitos outros processos. Em muitos destes processos há um

grande envolvimento de maquinas e motores elétricos. Estas Máquinas e

motores, em diversos casos são maquinários antigos, que se substituídos por

equipamentos novos e de alto rendimento, podem representar uma significativa

economia de energia elétrica. Dependendo da economia de energia em pouco

tempo é possível recuperar o investimento pelos novos equipamentos.

Não necessariamente só a substituição de equipamentos seria a solução

para reduzir o consumo de energia, mas também a aquisição de dispositivos

que em conjunto com o equipamento já existente, melhore o desempenho do

sistema, como a utilização de inversores de frequência. Além dos sistemas já

mencionados, a questão de StandBy contribui para um alto consumo e

desperdício de energia nas indústrias.

Sistemas de gestão da energia, além de terem como dever analisar o

sistema como um todo e prever soluções para melhorar o desempenho

energético, como as soluções já mencionadas, em diversos casos o uso

21

racional da energia e a melhor atribuição para o uso de energia elétrica resulta

em significativa economia de energia.

Com o intuito de incentivar, orientar e determinar níveis aceitáveis de

consumo de energia, normas e certificações são desenvolvidas. Assim,

empresas e indústrias que acabam adquirindo estas certificações acabam

recebendo uma imagem de empresas limpa e sustentáveis, se destacando no

mercado. Como exemplo, existe a ISO 50001 (Sistemas de Gestão de

Energia).

Em 1985 foi criado pelo MME o Programa Nacional de Conservação de

Energia Elétrica (PROCEL). O objetivo do PROCEL é promover a

racionalização da geração e do consumo de energia elétrica, com o intuito de

eliminar desperdícios e reduzir custos assim como investimentos setoriais

(MMA, 2014). No início da década de 2000, o PROCEL desenvolveu um

programa voltado para estudo em eficiência energética. Este programa foi

desenvolvido para oferecer a universidades, a oportunidade de realizarem

estudos relacionadas a eficiência energética. Assim, algumas universidades

que se candidataram, receberam kits para estudos em três processos

industriais, sistemas de esteiras, bombeamento de água e ventilação (Teixeira,

2017).

As práticas de eficiência energética em geral, precisam ser muito

estudas e desenvolvidas, e assim, os campuses universitários por obterem

ótimos profissionais e estudantes de áreas que envolvem energia, acabam

sendo grandes oportunidades para estes estudos. Grandes laboratórios em

universidade são exemplo em todo Brasil, como os laboratórios de hidráulica e

saneamento (LEHNS) nas universidades federais do Rio Grande do Sul

(UFRG), Paraná (UFPR), Paraíba (UFPA), Mato Grosso do Sul (UFMS), o

laboratório de eficiência energética em edificações (LABEEE) da UFSC, o

laboratório de eficiência energética (LEENER) da UFJF, o grupo de estudos e

desenvolvimento de alternativas energéticas (GEDAE) da UFPA, o laboratório

de eficiência energética em sistemas motrizes (LAMOTRIZ) da UFMS, e muitos

outros.

22

1.2 DELIMITAÇÃO DO TEMA

Este trabalho limita-se a realizar estudos e desenvolver roteiros de

experimentos sobre eficiência energética e qualidade de energia, em

equipamentos que sejam de uso comum em residências, comércio e até

industrias. Entre estes equipamentos, estão luminárias, chuveiros elétricos,

bomba de calor e bombas hidráulicas.

Estes estudos serão realizados em laboratórios do curso de engenharia

elétrica da UFPR, e para as medidas, serão utilizados o medidor de energia

PowerMonitor 3000 e o analisador de qualidade de energia Fluke 434.

O método para determinação de eficiência energética segue orientações

do Procedimento do Programa de Eficiência Energética (PROPEE) da ANEEL,

que por sua vez segue os métodos de Medição e verificação do Protocolo

Internacional de Medição e Verificação (PIMVP).

1.3 JUSTIFICATIVA

A maior contribuição do engenheiro para meio ambiente é através da

economia de energia, através de uma boa gestão energética, seja do sistema

de transmissão, geração, distribuição, do sistema industrial, comercial ou

residencial (TEIXEIRA, 2017). Um laboratório de eficiência energética bem

estruturado é importante, pois irá atender uma demanda na formação dos

alunos, sendo muito importante que os alunos se formem tendo consciência

energética dentro do cenário mundial atual (VILELA JUNIOR, 2017).

Com um laboratório de eficiência energética em condições de uso mais

didático e com roteiros de experimentos definidos, o curso de engenharia

elétrica será mais valorizado, assim abrirá mais as possibilidades para a

execução de aulas práticas. O laboratório dará oportunidade para que os

estudantes tenham contato com aspectos da engenharia pouco abordados até

o momento, e oferecerá uma melhor capacitação dos estudantes, diferenciando

estes estudantes de outros que não tiveram a oportunidade de utilização deste

tipo de laboratório.

23

1.4 OBJETIVOS

1.4.1 Objetivo geral

O presente projeto é orientado pelo objetivo geral de apresentar

propostas de roteiros de experimentos em eficiência energética e em qualidade

de energia, tornando a utilização do laboratório de eficiência energética

existente do curso de engenharia elétrica da UFPR mais didático. Os

experimentos propostos têm como objetivo abordar uma visão prática sobre a

eficiência de sistemas que envolvam consumo de energia. O foco não é

apenas avaliar a eficiência do ponto de vista da potência consumida e potência

gerada, mas sim a eficiência como um aspecto geral.

Com o laboratório em boas condições de estudo os estudantes do curso

de engenharia elétrica poderão se familiarizar com técnicas e criar consciência

de como avaliar a eficiência de um sistema consumidor de energia. Assim, será

aberto um leque de oportunidades para a carreira profissional dos futuros

engenheiros, e com o passar dos anos e surgimento de novas tecnologias

terão a capacidade de avaliar qual será a tecnologia mais adequada para cada

situação.

1.4.2 Objetivos específicos

Para alcançar o objetivo geral é necessário:

a) Conhecer práticas e tecnologias abordadas em laboratórios de

eficiência energética, através de revisão teórica;

b) Realizar entrevistas e visitas técnicas em laboratórios de eficiência

energética;

c) Realizar levantamento dos itens e equipamentos existentes no

laboratório;

d) Definir os experimentos a serem explorados e desenvolver roteiros;

e) Montagem de protótipos de experimentos para realizar medições;

f) Execução prática dos experimentos;

g) Analise e verificação dos resultados obtidos;

24

1.5 ESTRUTURA

O trabalho está dividido em cinco capítulos conforme descrito a seguir.

O presente capitulo introdutório, apresenta uma visão geral a respeito da

eficiência energética, os objetivos definidos para o trabalho, metodologia e

revisão da literatura com os principais artigos selecionados.

O segundo capítulo apresenta a fundamentação teórica, apresentando

os principais aspectos para a realização deste trabalho, relacionados a

medição e verificação descritos no PROPEE e no PIMVP.

O terceiro capítulo apresenta os materiais utilizados e os experimentos

que possibilitaram realizar estudos sobre eficiência energética. Além de

descrever os experimentos em si como resultado, o terceiro capítulo também

apresenta valores das práticas realizadas e as discussões a respeito destas

medidas coletadas.

O quarto capitulo, tem um enfoque semelhante ao terceiro capitulo,

porém utiliza de mesmos materiais já apresentados no capítulo anterior. Visto

isso, o quarto capítulo apresenta um único experimento realizado sobre

qualidade de energia, sendo apresentados medidas realizadas a respeito de

afundamento de tensão (SAG). O experimento em si, seu método e suas

etapas já são uma contribuição importante do trabalho, porém o capítulo

apresenta as medidas realizadas e uma breve discussão sobre os resultados

obtidos.

O quinto capítulo apresenta as conclusões obtidas após a realização dos

experimentos e os estudos realizados nos laboratórios.

1.6 METODOLOGIA

A metodologia está dividida em 3 etapas, e para facilitar o entendimento

a figura 2 apresenta um conjunto de elementos gráficos e textuais combinados,

Integrated Definition (IDEF). Durante as duas primeiras etapas foram realizadas

a revisão teórica e desenvolvido o conjunto de requisitos sobre o assunto

tratado. Para isso foi necessário realizar busca de artigos no portal de

periódicos da CAPES, normas técnicas, teses, programas de eficiência

energética, protocolos e procedimentos sobre medição e verificação, pesquisa

25

exploratória utilizando questionários para entrevistar pesquisadores e visitas

em laboratórios. Após a seleção e leitura dos documentos, os módulos 7 e 8 do

PROPEE juntamente com o PIMVP foram definidos como base para este

trabalho, através dos objetivos destes procedimentos e protocolos de como se

aplicam, para determinação da eficiência energética de equipamentos.

A terceira e última etapa foi a fase de conclusão do trabalho, realizando

experimentos práticos com o auxílio de equipamentos de medição, obtenção de

resultados, análise, discussão e conclusão dos assuntos tratados.

Após o fechamento do trabalho, ao final do relatório serão apresentados

em forma de apêndices, roteiros dos experimentos realizados como forma de

contribuição do trabalho. Assim, estes roteiros poderão ser utilizados de forma

separadamente, sendo utilizados por professores e alunos com o intuito de

estudar eficiência energética e qualidade de energia.

26

Figura 2: IDEF elaborado para o presente trabalho.

Fonte: Autores (2017).

27

1.7 PUBLICO ALVO

O público alvo serão os alunos e os docentes do curso de engenharia

elétrica da UFPR, assim os alunos teriam o laboratório a disposição a qualquer

momento para seus experimentos e professores para seus estudos e

pesquisas. A ideia é sugerir um modelo de utilização para laboratório de

eficiência energética do curso de engenharia elétrica da UFPR, de modo que

os alunos possam utilizar o laboratório para realizar seus experimentos por

meio de horários marcados, assim seria necessário a disponibilidade de um

técnico responsável para liberar o acesso dos estudantes e também

acompanhar a realização das atividades. Neste formato os alunos não

dependeriam do uso do laboratório restritamente ao horário de aulas, também

resolveria o problema da aquisição de muitos kits para vários experimentos ao

mesmo tempo.

1.8 DIFERENCIAL DO PROJETO

Este projeto tem como diferencial, propor uma nova abordagem para

utilização do laboratório de eficiência energética do curso de engenharia

elétrica da UFPR. O laboratório que até então vem sendo utilizado somente por

docentes com fins de pesquisa, poderá ser utilizado também pelos estudantes

com o objetivo de explorar questões relacionadas a eficiência. Assim, o curso

poderá ter um ganho enorme com o desenvolvimento de cadeiras acadêmicas

que explorem este laboratório.

1.9 REVISÃO DA LITERATURA

A energia é um assunto tratado com elevada importância, sendo

relacionada com pesquisa e desenvolvimento (P&D) e com o desenvolvimento

econômico do país. Assim órgãos públicos e intuições tomam a frente

publicando normas e procedimentos, afim de orientar em projetos relacionados

à energia. Por isso, muitas plataformas de pesquisa como do EPE, MME,

MMA, PROCEL, ANEEL e COPEL foram utilizadas, com o objetivo de se obter

o melhor conjunto de documentos que se adequem ao estudo realizado.

28

Estas instituições fornecem diversas tabelas e relatórios informativos

como o Balanço Energético Nacional (BEN) e a Projeção da Demanda de

Energia Elétrica elaborado pelo EPE.

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), entre tantas

atribuições, se responsabiliza pela tradução e publicação no Brasil de diversas

normas internacionais, como é o caso da ISO 50001.

Outra fonte de informação que contribui muito para a obtenção de

documentos atualizados e relacionados ao tema, é busca por artigos

acadêmico no portal de periódicos da CAPES. Devido ao acesso disponível

pela UFPR, é possível realizar a leitura de diversos artigos buscados em base

de dados de revistas, jornais e periódicos consagrados, como Elsevir, IEEE e

OneFile Gale.

Ao todo foram selecionados 8 (oito) artigos para leitura. Em geral estes

artigos tratam de programas de eficiência energética, semelhantes ao

PROPEE. Estes artigos apresentam como foi o impacto e os resultados obtidos

com implantação destes programas para diferentes países, de que forma as

estimativas ex-ante e ex-post foram utilizadas e seus resultados.

Laquatra e Carswell (2015) avaliaram ferramentas econômicas para

medir melhorias em eficiência energética em residências. Dentre as

ferramentas estão custo e vida útil, beneficio (economia de energia), relação

custo benefício e analise do tempo de retorno. Concluem, através de exemplos,

que levar em consideração o aumento do valor da propriedade é uma adição

importante para os métodos mencionados, e erros em cálculos que determinam

os benefícios acabam atrasando investimentos em eficiência energética.

Cabrera et al (2012) avaliam dois subprogramas, do programa éco21 em

Genebra, que estimam a economia bruta. O programa eco21 oferece soluções

concretas através da formação, aconselhamento, ferramentas on-line ou

incentivos para economia de energia. São utilizadas três estimativas, a primeira

recolhe informações dos dispositivos e equipamentos a serem instalados ou

substituídos (ex-ante), a segunda realiza medição do consumo e/ou horas de

funcionamento (ex-post) e a terceira que são analise das faturas de energia

(ex-post). Através de um exemplo com amostra de 7 edifícios concluíram que

as estimativas ex-post resultaram em uma economia de energia maior do que a

prevista, porem próximas, o que consideram aceitáveis dado o tamanho da

29

amostra. Estas estimativas também são capazes de fornecer os resultados

individuais.

Esland et al (2014) avaliam o impacto da estimativa ex-ante da

Estratégia do Plano de Eficiência Energética (EPEE) no setor residencial,

implementado pelo governo da Turquia. Analisam teoricamente o desempenho

de inúmeros sistemas/equipamentos consumidores de energia elétrica e para

realizar o estudo adotam diversos parâmetros como divisões socioeconômicas,

concluindo que haverá uma remodelação até o ano de 2030 reduzindo a

demanda de energia.

Webber, Gouldson e Kerr (2015) utilizam a estimativa ex-post para

avaliar os impactos da modernização e da eficiência energética doméstica em

grande escala. Sua metodologia envolve 5 passos, desenvolvimento

indicadores adaptados, medidas normalizadas da demanda de energia nas

residências, determinação dos impactos, comparação dos impactos reais

previstos e comparação entre áreas de diferentes tipos de rendas. Na

avaliação dos autores o retrofit do setor doméstico em grande escala, pode

oferecer resultados reais (ex-post) superiores aos resultados previstos (ex-

ante).

Giaccone et al (2017) realizam um estudo de casos para avaliar a

estimativa ex-post, proposto pelo plano energético em residências, na região

da Sicilia. Ações para economia de energia como isolamento térmico e

substituição de geradores de calor foram definidas. São estabelecidos três

cenários para avaliação de investimento, o potencial para economia de energia,

as circunstancias atuais e o cenário alcançável. Em conclusão a avaliação para

investimentos em eficiência energética não devem se limitar somente ao

método ex-post, porém, trata-se de um método eficaz e facilmente aplicado a

qualquer região.

Spyridaki et al (2016) através da estimativa ex-post avaliam o

desempenho a implementação de programas de eficiência energética para

edifícios na Grécia e Holanda. Destacam que ainda não houveram grandes

avanços por falta de incentivo e ações governamentais, faltando uma mudança

de cultura.

Paramova e Thollander (2016) através da estimativa ex-post avaliam o

desempenho a implementação de um programa de eficiência energética para

30

pequenas e médias empresas na Suécia. Identificam avanços e economia de

energia de diversos sistemas, como, ventilação, bombeamento, iluminação e

etc.. Também avaliam a energia usada e o potencial de economia em

diferentes tipos de industrias. Concluem que o programa em geral tem sido

bem aceito e a maioria das empresas visitadas tratam a energia como uma

questão importante, relatando que a participação em programas reduz os

obstáculos a eficiência energética.

Schwartz et al. (2014) realizaram um estudo para analisar o

comportamento do consumo de energia elétrica em residências, alegando que

o consumo deve ir além do uso de tecnologias mais eficientes, mas também

ser uma questão comportamental. Por meio da utilização de computadores, foi

permitido monitorar o consumo em tempo real, deste sistema de

gerenciamento de energia no lar. Foi realizado uma espécie de laboratório real,

em uma vizinhança contendo 7 residências. Estas residências foram

observadas por um período de 18 meses. Ao fim do estudo os autores

identificaram diversas respostas práticas e também barreiras, como a falta de

um padrão de tecnologias utilizadas nas residências e a evolução do

comportamento para reduzir consumo de energia.

Oberg, AIA Partner e IBACOS (2011) realizaram uma publicação

relacionando o projeto casa/laboratório de eficiência energética com iluminação

e seu consumo em residências. O projeto casa/laboratório de eficiência

energética é uma iniciativa da IBASCO inovation, construído para realizar

estudos e identificar tecnologias e comportamentos para redução de custos

com energia. Os autores realizaram um perfil de consumo empregado para

iluminação, e avaliaram o desempenho de diferentes luminárias passando por

CFL’s, LED’s e utilização de sistemas de controle para redução de gastos.

Além, de diversos artigos que tratam a respeito de geração distribuída,

como Jou et al. (2014) abordando sobre painéis fotovoltaicos com sistema de

armazenamento com baterias, Ferrari et al. (2013) a respeito de geração com

combustão e gases e Fu et al. (2009) que tratam sobre a utilização da exaustão

de gases da geração para aquecimento e resfriamento.

31

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Como já descrito no capítulo anterior, o trabalho visa realizar

experimentos e desenvolver roteiros com foco no estudo da eficiência

energética e qualidade de energia. Para projetos de eficiência energética

existem normas e procedimentos já estabelecidos, assim métodos já

regulamentados podem ser utilizados para a realização dos estudos.

Os estudos direcionados ao consumo de energia elétrica, serão sobre

iluminação, motores e bombas elétricas, chuveiro elétrico de passagem e

bomba de calor. O estudo a respeito qualidade de energia, será relacionado

com o acionamento de motores.

2.1 PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA DA ANEEL - PEE

A respeito do setor elétrico, o PEE foi desenvolvido com a finalidade de

modificar o mercado de eficiência energética, promovendo o uso racional de

energia elétrica (EPE, 2014). Entretanto, projetos desenvolvidos para o PEE

devem tem grande importância para o mercado, apresentando viabilidade

econômica resultando em aumento da eficiência (EPE, 2014).

Os projetos estabelecidos podem ser de diferentes modos, como gestão

de energia, substituição de equipamentos, atividades educacionais e

treinamento, projetos especiais estabelecidos pelo PROPEE, além da

divulgação e própria avaliação do PEE (EPE, 2014).

A ANEEL, atualmente tem se dedicado para que recursos e projetos,

sejam melhores direcionados para áreas designadas como prioritárias, sendo

assim o objetivo para que o PEE adquira maior efetividade para a

transformação do mercado. No geral, cada projeto deverá seguir etapas

conforme apresentado na figura 3.

32

Figura 3: Etapas dos Projetos do PEE.

Fonte: ANEEL (2015).

2.2 PROCEDIMENTOS DO PROGRAMA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA –

PROPEE

O PROPEE é um guia determinativo de procedimentos, desenvolvido

para elaboração e execução de projetos de eficiência energética regulados

pela ANEEL (ANEEL, 2015).

O PROPEE apresenta a estrutura e a forma como os projetos, critérios

de avaliação e de fiscalização e os tipos de projetos que podem ser

desenvolvidos com recursos do PEE deverão ser apresentados (ANEEL,

2015). Também especifica procedimentos a serem adotados para apropriação

dos investimentos a serem realizados e a contabilização dos custos (ANEEL,

2015). Entre os objetivos do PROPEE estão:

a) Determinar os documentos que regulamentam a aplicação dos

recursos;

b) Determinar regras e procedimentos para aplicação dos recursos;

c) Determinar as regras e procedimentos contábeis para controle

dos recursos;

33

d) Identificar e descrever as tipologias dos projetos que podem

integrar o PEE;

e) Estabelecer os critérios de aceitação ex-ante e ex-post;

f) Indicar as ações permitidas e os recursos que podem ser

aplicados aos projetos;

g) Indicar as regras para apuração dos resultados dos projetos;

h) Estabelecer as informações que deverão compor as propostas e

relatórios dos projetos;

i) Estabelecer as regras de funcionamento do Plano de Gestão

para permitir a operacionalização do programa (ANEEL, 2015).

O PROPEE é composto de 10 (dez) módulos, sendo os módulos 7 e 8

os de maior importância para este trabalho. Estes módulos abrangem inúmeros

aspectos de projetos e do programa PEE, portanto estes módulos acabam se

relacionado de diferentes modos como mostrado na figura 4 (ANEEL, 2015).

Figura 4: Módulos do PROPEE.

Fonte: ANEEL (2015).

2.2.1 Módulo 7 – Cálculo da Viabilidade

O Módulo 7 estabelece quais são os diferentes fatores e formas de

cálculo que são considerados para determinar a viabilidade de um projeto a ser

executado no âmbito do PEE, do mesmo modo como considerar outros

34

possíveis benefícios mensuráveis, além dos energéticos, que os projetos

podem oferecer (ANEEL, 2015).

2.2.2 Módulo 8 – Medição e Verificação dos Resultados

O Módulo 8 determina procedimentos para avaliar de forma confiável os

benefícios energéticos alcançados com os projetos, apresentando conceitos e

fundamentos de Medição e Verificação (M&V), relação entre o PIMVP e o PEE,

orientando no desenvolvimento das diferentes fases da M&V ao longo do

projeto do PEE (ANEEL, 2015).

2.2.3 Diagnóstico Energético

O diagnóstico energético se refere a uma avaliação contendo as

oportunidades de eficiência energética nas instalações do consumidor de

energia, sendo um relatório com as ações de eficiência energética e sua

implementação, a economia de energia, analise de viabilidade e as estratégias

de M&V a serem adotadas (ANEEL, 2015).

2.2.4 Medição e Verificação (M&V)

São práticas que envolvem a utilização de equipamentos para medição,

que tem como objetivo determinar a real economia de energia dentro de uma

instalação, por um programa de gestão de energia. Por representar a ausência

do consumo, a economia de energia não é determinada diretamente com uma

medida. A economia é determinada com a comparação dos consumos medidos

antes e depois da implementação de um projeto, sempre realizando ajustes

para adequar as alterações no uso de energia (EVO, 2012). As atividades de

M&V consiste em algumas ou todas as seguintes ações:

a) Instalação, calibração e manutenção de medidores;

b) Coleta e tratamento de dados;

c) Desenvolvimento de um método de cálculo e estimativas

aceitáveis;

d) Cálculos com os dados medidos;

35

e) Relatórios, garantia de qualidade e verificação de relatórios por

terceiros.

2.2.5 Relação Custo Benefício (RCB)

Relação entre os custos e benefícios de um projeto, leva em

consideração valores relacionados ao consumo de energia, a vida útil e o valor

gasto com a implementação do projeto (ANEEL, 2015).

2.2.6 Avaliação ex ante

É uma avaliação que pode ser realizada com valores estimados, na fase

de definição, quando se avalia o RCB baseado em análise de campo,

experiencias anteriores, cálculos de engenharia e avaliações de preços de

mercado (ANEEL, 2015).

2.2.7 Avaliação ex post

É uma avaliação realizada com valores mensurados, considerando a

economia de energia por ações de M&V e os custos gastos (ANEEL, 2015).

2.2.8 Sistema de Gestão de Energia (SGE)

São elementos que se inter-relacionam para estabelecer uma política e

objetivos energéticos, e os procedimentos para atingir os objetivos

determinados (ABNT, 2011).

2.3 PROTOCOLO INTERNACIONAL DE MEDIÇÃO E VERIFICAÇÃO DE

PERFORMANCE – PIMVP

A Efficiency Valuation Organization (EVO) desenvolveu o PIMVP, com o

objetivo de aumentar investimentos relacionados a eficiência energética e no

consumo eficiente de energia e água, na gestão da demanda e em projetos de

energia renovável (EVO, 2012).

O protocolo não é uma norma ou diretriz obrigatória, muito menos um

manual de instruções de como se realizar M&V. O PIMVP deve ser utilizado

36

como boas práticas a serem utilizadas, que estabelece boa conduta para

realizar uma boa avaliação de projetos de eficiência energética (BORGES e

SILVA, 2013).

Grande vantagem do PIMVP é justamente o fato de não apresentar

regras exclusivas para cada tipo de Ações de Eficiência Energética (AEE), pois

cada ação apresenta suas características particulares (BORGES E SILVA,

2013).

O PIMVP especifica que devem ser desenvolvidos planos de M&V para

cada projeto. Estes Planos de M&V devem identificar variáveis de influência

para todas as áreas e produzir relatórios da economia verificada (EVO, 2012).

As atividades de M&V coincidem com outras atividades do projeto como

coleta dados para identificar AEE, estabelecer linha de base energética,

comissionamento e verificação operacional das AEE’s executadas e para

sistemas de verificação para manter a economia, como mostrado na figura 5

(EVO, 2012).

Figura 5: Atividades de medição e verificação.

Fonte: EVO (2012).

2.4 SISTEMAS DE GESTÃO DE ENERGIA - ABNT NBR ISO 50001:2011

A norma ISO 50.001 foi desenvolvida e publicada em 2011, com o

objetivo de divulgar o Sistemas de Gestão de Energia (SGE) como um padrão

mundial, assim visando melhoria no desempenho energético e eficiência

(ABNT, 2011).

37

A ISO 50.001 possui a metodologia Plan-do-Check-Act (PDCA),

baseada em um ciclo de melhoria contínuo, como apresentado na figura 6

(ABNT, 2011).

Figura 6: Metodologia ISO 50001:2011, Plan-do-Check-Act.

Fonte: ABNT (2011).

Entre as fases do PDCA, a fase de planejamento determina que seja

realizada a revisão energética, levantamento da linha de base energética, o

desenvolvimento Indicadores de desempenho energético (IDE), sejam traçados

objetivos, metas e planos para se atingir a melhoria de desempenho contínuo.

Na fase seguinte (do), serão implementados os planos estabelecidos (ABNT,

2011).

Próximo passo é realizar a verificação, através de monitoramento e

medição, sendo possível averiguar as características que determinam o

desempenho energético. Por último vem a ação, onde devem ser tomadas

novas ações para que o desempenho energético e o SGE tenham melhoria

continua conforme estabelecido na metodologia (ABNT, 2011).

Uma grande contribuição da ISO 50.001 para estudos sobre eficiência, é

a sugestão do desenvolvimento de IDE’s. Através dos IDE’s é possível

38

relacionar grandezas com o consumo de energia, do mesmo modo que o

PROPEE e o PIMVP sugerem.

2.5 CONTRIBUIÇÕES DO CAPÍTULO

O presente capítulo contribui para o trabalho, apresentando métodos e

orientações que tratam a respeito do tema de eficiência energética. Para o

profissional que vai desempenhar funções relacionadas a eficiência energética,

muitos dos trabalhos relacionados são grandes obras, que na grande maioria

se faz necessário a arrecadação de recursos a conclusão destes projetos.

Relacionado com isso, neste trabalho foram apresentados alguns importantes

aspectos do PROPEE, que são essenciais para se obter a aprovação de um

projeto de eficiência energética junto a ANEEL. Com isso, alunos que visam

desempenhar este tipo de trabalho em sua carreira profissional, podem ir se

familiarizando com os procedimentos e realizar experimentos desenvolvendo

as avaliações ex-ante e/ou ex-post e o RCB.

Como estamos tratando de experimentos que envolvem consumo de

energia, o PIMVP contribui para a conscientização de que para casos distintos,

diferentes aspectos e variáveis devam ser levadas em consideração. Assim

poderão ser desenvolvidos eficientes planos de medição e verificação.

Por último, o SGE abordado pela ISO 50001 apresenta muitos aspectos

interessantes para um a gestão de energia eficiente. O principal item desta

norma que será utilizado para este trabalho, é a utilização dos IDE’s para

relacionar determinadas grandezas com o consumo de energia elétrica.

39

3 MATERIAIS E EFICIÊNCIA EFICIENCIA ENERGÉTICA

Um laboratório de Eficiência Energética é formado por um longo

conjunto de dispositivos eletrônicos e equipamentos, esses dispositivos podem

ser trabalhados de forma a estudar o efeito do uso deles em experimentos

sobre qualidade de energia e eficiência energética. Ao longo dos experimentos

realizados nos roteiros deste trabalho, foram utilizados alguns dispositivos

eletrônicos, que foram utilizados basicamente em todos os experimentos como

CLPs e inversores.

3.1 CLP – CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMAVEL

Os Controladores Lógicos Programáveis são dispositivos eletrônicos

utilizados em sistemas de automação. São dispositivos muito utilizados por ser

uteis e versáteis em sistemas de acionamentos e controle, por isso, são muito

utilizados em indústrias. Esses dispositivos permitem desenvolver e alterar a

lógica para acionamento das saídas em função das entradas (UERJ, 2013). As

grandes vantagens da utilização do CLP são:

a) Ocupa menor espaço do que outros equipamentos de lógica

programável;

b) Através da sua programação é possível fazer com que o sistema

poupe energia;

c) Podem ser utilizados mais de uma vez em sistemas elétricos

diferentes;

d) Os CLPs possuem uma lógica simples de programar;

e) Os CPLs são dispositivos muito confiáveis;

f) Podem ser utilizados em vários tipos diferentes de sistemas

elétricos de acionamentos;

g) Possui interfaces que permitem comunicação com computadores

e outros CLPs, o que facilita muito.

Os CPLs possuem uma estrutura de logica simples, que podem ser

divididas da seguinte forma, figura 7:

40

Figura 7: Estrutura Lógica do CLP

Fonte: UERJ (2013).

Tanto os sinais de entrada quando de saída dos CLPs podem ser

digitais ou analógicos, isso depende da necessidade do sistema ao qual o

dispositivo será empregado (UERJ, 2013).

3.1.1 Relé programável WEG CLIC02

O Clic 02 da WEG,é um compacto Relé Inteligente, com 44 pontos de

entrada/saída digitais, que podem ser programados em Ladder ou FBD(

Digrama de Blocos de Função) (WEG, 2010). A figura 8 apresenta um exemplo

de CLIC 02 e a rede de alimentação do CLIC02 é apresentada conforme o

quadro 4:

Figura 8: CLIC02

Fonte: Autores (2017.)

41

Quadro 4: Alimentação do CLIC02

Fonte: WEG (2010).

Como foi comentado anteriormente, o CLIC02 pode receber

programação Ladder ou FBD, a qual deve ter no máximo 300 linhas ou 260

blocos de função. A programação fica armazenada em uma memória Flash, e o

processamento possui uma velocidade de 10ms/ciclo (WEG, 2010). A

alimentação do Clic 02 é bi-volt, e feita da seguinte forma, figura 9:

Figura 9: Diagrama de conexão CLIC02

Fonte: WEG (2010).

O CLIC02 possui 4 saídas (Q1, Q2, Q3, Q4) de 12 e 24Vcc, as quais

podem ser:

42

Figura 10: Saídas para Relés

Fonte: WEG (2010).

Figura 11: Saídas para transistores

Fonte: WEG (2010).

Para atender diversas necessidades de aplicações em processos de

automação, o CLIC02 possibilita a conexão de rede, realizando troca de dados

em alta velocidade com até 8 estações, sendo recomendado distância máxima

de 100 metros (WEG, 2015).

Por meio do modo remoto é possível dobrar a quantidade de entradas e

saídas, assim é possível que o CLIC02 atue como mestre ou escravo de uma

rede Modbus (WEG, 2015).

43

Figura 12: Rede Modbus com dispositivos CLIC02

Fonte: WEG (2015).

3.2 INVERSOR DE FREQUENCIA

Inversor de frequência é um dispositivo eletrônico, usados no

acionamento, controle de velocidade de motores de indução. Através do

inversor o motor passa operar com frequências diferentes da fornecida pela

rede, pois o inversor pode operar com frequência entre 0,5 e 400Hz, o que

possibilita a variação da velocidade do motor, sem a utilização de meios

mecânicos, como, polias, válvulas e redutores (RÊGO SEGUNDO e

RODRIGUES, 2015). A utilização de inversores traz várias vantagens ao

sistema como:

a) Redução do consumo de energia: pois utilizando o inversor

para velocidade do motor, o consumo de energia torna-se menor

em comparação com outras formas de realizar a mesma tarefa,

utilizando variadores mecânicos, por exemplo;

b) Evitando acionamentos bruscos: utilizando-se de inversores de

frequência para acionar um motor, pode-se adotar a configuração

de rampa de aceleração, a qual evita a partidas bruscas, assim

44

evitando que o motor possa sofrer algum dano nos seus sistemas

de correias e correntes;

c) Aumento da vida útil do sistema: inversores de frequência

aumentam a vida dos motores e sistemas como um todo, por

além de apresentar a aceleração por rampa, apresentam também

funções de proteção, que são muito eficientes no caso de picos

de energia na rede elétrica;

d) Automatização de processos: além de controlar a velocidade

dos motores os inversores são capazes de receber vários tipos de

programação, por exemplo, de eventos automatizados, muito

uteis nas funções de temporização;

e) Baixo custo de manutenção: inversores são de fácil manuseio,

sua manutenção é simples e barata. Se utilizado de forma correta,

os inversores podem ser utilizados por longos períodos;

f) Manter o torque constante: inversores não somente controlam a

velocidade no eixo dos motores elétricos trifásicos de corrente

alternada aos quais estão submetidos, como também podem

controlar outros parâmetros muito importantes ao funcionamento

do motor, como é o caso do torque. Quando se altera a

frequência de um motor de indução trifásico, seu torque também

será alterado. Em um motor de indução o seu torque

desenvolvido é diretamente proporcional à tensão aplicada no seu

estator, e inversamente proporcional à frequência dessa tensão.

Desta forma, para se manter esses parâmetros constantes basta

fazer com que as tensões/frequências sejam constantes;

g) Melhoria do Fator de Potência; inversores de potência

naturalmente corrigem fator de potência. Apesar do motor operar

com um fator de potência baixo (fp=0,8), em dado instante o fator

de potência visto pela rede é o do inversor (fp=0,96) (RÊGO

SEGUNDO e RODRIGUES, 2015).

Inversores de frequência são constituídos de uma entrada de energia

ligada a rede comum de alimentação, podendo ser monofásica ou trifásica, e

45

uma saída aplicada ao dispositivo que se vai alimentar, no caso um motor de

indução trifásico (RÊGO SEGUNDO e RODRIGUES, 2015).

3.2.1 Inversor de Frequência WEG - CFW500

O Inversor de Frequência CFW 500 da WEG (figura 13); pode ser usado

no controle de velocidade de motores, esse controle podendo ser vetorial ou

escalar, SoftPLC (controle que agrega funções de CLP (Controle de Lógica

Programável)), e controle de acionamento de multi-bombas (WEG, 2016).

Figura 13: Inversor de Frequência CFW 500

Fonte: WEG (2016).

O inversor assim como a maioria dos componentes eletrônicos, deve ser

instalado evitando sempre a exposição excessiva a raios solares, maresia,

chuva e umidade excessiva. Para se ter um bom desempenho deve se

proporcionar um local adequando ao equipamento (WEG, 2016), como:

a) Temperatura ao redor do equipamento de 0° até a temperatura

nominal especificada pelo fabricante;

b) Umidade relativa de 5% a 90% sem condensação;

c) Altitude de 1000m para condições normais de funcionamento, e

de 1000m a 4000m redução de corrente de 1% para cada 100m

acima de 1000m. Para altitudes de acima de 2000m deve se

reduzir a corrente 1,1% (WEG, 2016).

46

O inversor deve ser instalado na posição vertical em uma superfície

plana, em um local adequado, respeitando as recomendações citadas a acima.

Para inversores instalados dentro de painéis ou caixas metálicas, deve se

proporcionar uma exaustão adequada de ar, para que a temperatura dentro da

caixa ou painel não fique superelevada (WEG, 2016).

Como todo dispositivo eletrônico empregado em uma rede elétrica de

alimentação, o CFW 500 tem uma capacidade máxima de corrente. Para um

sistema que não possua um circuito de proteções adequadas para redes, como

fusíveis ou disjuntores o limite de corrente é de 30.000 Arms (WEG, 2016).

Basicamente, os inversores CFW 500 podem ser ligados diretamente na

rede elétrica, sem reatância de rede. Porém, deve se tomar algumas

precauções. Deve se garantir que a rede possua uma impedância que

proporcione uma queda de tensão de 1%, desta forma estará evitando danos

ao inversor e garantindo a vida útil esperada. Se a impedância de rede for

inferior ao valor estipulado, devido a transformadores e cablagem, recomenda-

se usar uma reatância de rede com o inversor (WEG, 2016).

Quando for se fizer a ligação do inversor com os motores, é de suma

importância que se use os cabos adequados, pois, desta forma estará se

evitando que o inversor cause interferência eletromagnética em outros

componentes eletrônicos, além de afetar a vida útil das bobinas e dos

rolamentos dos motores acionados pelo inversor. Muito importante se manter

os cabos usados no inversor, separados dos demais cabos utilizados no

circuito (WEG, 2016).

O inversor deve ser obrigatoriamente ligado a um terra de proteção,

desta forma, o circuito e o equipamento estarão protegidos de sobrecargas

elétricas (WEG, 2016).

O inversor pode ser programado e ajustado através da sua Interface

Homem Maquina (IHM), também através da IHM é possível a visualização dos

comandos. A IHM apresenta dois modos de operação: monitoramento e

parametrização (WEG, 2016).

Inversores como o CFW 500 da WEG, são de suma importância para

todos os sistemas elétricos e de automação, pois são capazes de executar

47

inúmeros comandos programados. Comandos que podem gerir qualquer tipo

de sistema eletrônico, como uma indústria, hospitais entre outros (WEG, 2016).

3.2.2 Inversor de Frequência Schneider - Ativar 31

Os inversores de frequência da linha Altivar 31 fabricados pela

Schneider Electric oferecem funções semelhantes as do CFW 500 além de

recursos para estratégias de controle das características de um processo em

função da variação da rotação do motor, por meio de realimentação de

variáveis configuráveis de entradas, dentre elas o controle por níveis pré-

determinados de rotação e o controle Proporcional Integral Derivativo (PID).

Figura 14: Inversor de Frequência Altivar 31.

Fonte: Autores (2017)

No inversor, é possível realizar alteração em parâmetros para controlar

da velocidade máxima do motor, assim seria possível realizar experimentos

variando a velocidade máxima do motor para estudar o rendimento em

diferentes velocidades. Para o Altivar 31 o parâmetro para máxima velocidade

é o HSP, este parâmetro pode ser acessado selecionando ENT no painel do

inversor, entrar no menu de regulagens SET e escolher HSP. A velocidade

pode ser ajustada através do potenciômetro de referência.

48

3.3 POWERMONITOR 3000

Nos roteiros elaborados neste trabalho, um dos equipamentos utilizados

para fazer medições de energia foi o Power Monitor 3000 da Allen Bradley.

3.3.1 Sobre o PowerMonitor 3000

O PowerMonitor 3000 é um dispositivo microprocessador para medida

de potência e energia elétrica (ALLEN BRADLEY, 2009a). O aparelho pode ser

conectado em sistemas trifásicos ou monofásicos, de forma direta ou com a

utilização de transformadores de instrumentação (TI’s) (ALLEN BRADLEY,

2009a). O dispositivo converte os valores instantâneos de tensão e corrente em

valores digitais, que são utilizados para cálculos de tensão, corrente, potência e

energia (ALLEN BRADLEY, 2009a). Os valores são dimensionados de acordo

com os parâmetros dos TI’s e com a configuração do modo de fiação (ALLEN

BRADLEY, 2009a). Estes valores medidos podem ser verificados acessando o

display do aparelho ou utilizando uma comunicação com um aparelho externo

(ALLEN BRADLEY, 2009a). Abaixo segue uma imagem do dispositivo

PowerMonitor 3000.

Figura 15: PowerMonitor 3000

Fonte: rockwellautomation.com (2017)

49

3.3.2 Aplicações

O dispositivo PowerMonitor 3000 possui variadas opções de utilidades.

O aparelho pode ser utilizado simplesmente como um registrador, para verificar

tensões, correntes, potências e consumo de energia, mas também pode ser

utilizado para práticas e estudos em qualidade de energia, sendo possível

analisar características como detecção de transientes, fator de carga, fator de

potência, análise de harmônicas, Sag e Swell (respectivamente o afundamento

e elevação temporariamente dos níveis de tensão) e oscilógrafo (ALLEN

BRADLEY, 2009a).

3.3.3 Dados técnicos

Para alimentação, o dispositivo requer tensão na faixa de 120 à 240 Vca

ou 125 à 250 Vdc (ALLEN BRADLEY, 2009a).

O PowerMonitor 3000 é compatível com 8 modos de conexão para

monitoramento, dentre estes modos estão conexões monofásicas, trifásicas,

com ou sem neutro, conexão em delta (método Aron) ou estrela dos TI’s e

opção sem utilização de Transformadores de Potencial (TP’s) (ALLEN

BRADLEY, 2009b).

Em sua configuração de conexão, o PowerMonitor 3000 pode ser

conectado diretamente a níveis de tensão iguais ou inferiores a 600V, a cima

de 600V devem ser utilizados TP’s, que comercialmente, contam em sua

relação de transformação, tensão nominal do secundário de 115V (ALLEN

BRADLEY, 2009a).

Na prática, na grande maioria das aplicações de monitoramento, é

exigido que a corrente do sistema de alimentação seja rebaixada para 5A

(ALLEN BRADLEY, 2009a). Em aplicações com acionamento de máquinas, ou

sistemas de aquecimento, provavelmente circulará correntes superiores a

5(cinco) ampéres por fase, visto isto, se vê a necessidade de utilização de

Transformadores de Corrente (TC’s), que rebaixem a corrente medida do

circuito para 5A nos sensores do PowerMonitor 3000. Comercialmente são

encontrados TC’s com relações 30/5, 50/5, 60/5, 75/5, 100/5, 150/5 e 200/5.

50

O dispositivo conta com uma rápida taxa de atualização de suas

medidas, sendo de 50 ms (ALLEN BRADLEY, 2009a). Abaixo segue a

representação do esquema de ligação, com a conexão WYE.

Figura 16: Esquema de Ligação WYE.

Fonte: ALLEN BRADLEY (2009b).

3.3.4 Estrutura do menu do PowerMonitor 3000

O menu de parâmetros do PowerMonitor 3000, é estruturado e dividido

em 4 níveis (ALLEN BRADLEY, 2009a). Ao ligar o aparelho, o usuário será

direcionado ao primeiro nível do menu (ALLEN BRADLEY, 2009a). Neste nível

o usuário terá a opção de escolher entre acessar o segundo nível do menu por

meio do modo display ou pelo modo programação (ALLEN BRADLEY, 2009a).

O modo display tem como função, mostrar todos os parâmetros

configurados, valores medidos, computados e registrados (ALLEN BRADLEY,

2009a). Através deste modo ainda será possível acessar os níveis 3 e a seguir

o nível 4 do menu, apenas com função de apresentar dados (ALLEN

BRADLEY, 2009a).

51

Já o modo de programação permitirá que o usuário realize configurações

no dispositivo (ALLEN BRADLEY, 2009a). Selecionando o modo programação,

será solicitada ao usuário uma senha, que por padrão é 0000 (ALLEN

BRADLEY, 2009a). Ainda no segundo nível do menu o usuário encontrará duas

opções, sendo primeira opção comandos e a segunda configurações (ALLEN

BRADLEY, 2009a). No nível 3 do menu através do modo comandos, é possível

realizar a restauração de todas as configurações e limpar todos os registros do

dispositivo (ALLEN BRADLEY, 2009a). Já pelo modo de configurações o

dispositivo fornece 9 abas de configurações, sendo que cada uma destas abas

direciona ao nível 4 do menu, fornecendo opção de configuração de inúmeros

parâmetros (ALLEN BRADLEY, 2009a). Abaixo pode ser visto parte da

estrutura do menu do aparelho.

Figura 17: Níveis 3 e 4 pelo menu de configurações.

Fonte: ALLEN BRADLEY (2009a).

3.3.5 Comunicação via rede com o PowerMonitor 3000

Por meio da interface homem máquina é possível realizar todas as

configurações necessárias, mas infelizmente o display do PowerMonitor 3000

se torna um pouco limitado para análises mais detalhadas. Através do display é

possível verificar valores instantâneos, valores médios e de pico, porém, não é

acessível um histórico de valores ao longo do tempo e visualizações gráficas.

52

Estas aplicações mais detalhadas podem ser alcançadas utilizando

comunicação com um aparelho externo (ALLEN BRADLEY, 2009a). Por

exemplo, realizando uma comunicação de rede entre o dispositivo

PowerMonitor 3000 e um computador, via “patch Cord” rj45 (ALLEN BRADLEY,

2009a). Assim, seria possível utilizar softwares como RSPower, RSPowerPlus

e RSEnergyMetrix para ler dados de formas de onda e realizar o download de

dados registrados no dispositivo, de modo a tornar mais fácil a realização de

analises por meio de gráficos e elaboração de planilhas completas com valores

das grandezas desejadas (ALLEN BRADLEY, 2009a). Infelizmente estes

softwares não possuem disponibilidade gratuita e não serão utilizados neste

trabalho.

O dispositivo também conta com acesso remoto via seu IP, o que torna

possível visualizar todos os valores disponíveis do display diretamente

navegador em um computador (ALLEN BRADLEY, 2009a). Abaixo segue do

acesso remoto via IP.

Figura 18: PowerMonitor 3000, Web page (a).

Fonte: ALLEN BRADLEY (2009a).

53

Figura 19: PowerMonitor 3000, Web page (b).


3.3.6 Configurações necessárias para o projeto

No menu de configurações é possível acessar a aba “Basic” para

configurar o modo de ligação da fiação e os parâmetros dos TI’s (ALLEN

BRADLEY, 2009a).

Outra alteração bem útil a ser realizada, é alterar as configurações de

rede do dispositivo, para que o PowerMonitor 3000 esteja compatível com a

rede utilizada. Assim, como já mencionado anteriormente, será possível

realizar acesso remoto ao medidor. Estas alterações podem ser realizadas

acessando a aba “Native comm” no menu de configurações (ALLEN

BRADLEY, 2009a).

Como padrão de fábrica, o medidor registra valores para consumo de

energia e potência demandada em intervalos de 15 minutos, no modo de

substituição, não acumulativo (ALLEN BRADLEY, 2009a). Porém, este

parâmetro deverá ser reconfigurado de acordo com a aplicação que será

atribuída ao medidor.

3.3.7 Montagem e operação do Power Monitor 3000

Como visto anteriormente por questão de instrumentação é necessário

que sejam utilizados Transformadores de Corrente (TC’s). Os TC’s disponíveis

para utilização têm relação de transformação de 75/5 A. Enquanto que para a

54

medida de corrente se faz necessário a utilização dos TC’s, para as medidas

de tensão já não se faz necessário a utilização de transformadores de tensão

(TP’s), pois o dispositivo será empregado para medições em baixa tensão, com

níveis de 220 a 127 V, sendo que o PowerMonitor 3000 suporta níveis de

tensão de até 600V.

Tendo em vista que não serão utilizados TP’s de instrumentação,

hipoteticamente é como estejam sendo usados TP’s com relação de 1:1 V, ou

seja, a tensão no primário é igual à do secundário. Dada aplicação, basta

configurar a tensão de alimentação da conexão, tanto para o primário quanto

para o secundário. O medidor com as configurações dos TI’s pode ser visto a

seguir.

55

Figura 20: Configuração da tensão no primário dos TP's

Fonte: Elaborado pelos autores (2017).

Figura 21: Configuração da tensão no secundário dos TP's

Fonte: Elaborados pelos autores (2017) Figura 22:Configuração da corrente no primário dos TC's


Figura 23: Configuração da corrente no secundário dos TC's.


Dado as condições do trabalho, os autores definiram em realizar

medições trifásicas. Para realizar as medições em um sistema trifásico, foi

definido utilizar o modo de conexão WYE, porém sem utilização de TC para o

neutro. Esta configuração foi escolhida pela possibilidade de se obter um

número maior de medidas, assim, tanto medidas trifásicas e monofásicas estão

disponíveis. Abaixo segue imagem do tipo de conexão.

56

Figura 24:Configuração do modo de conexão.


De modo a tornar mais fácil e prático a o uso do dispositivo, os autores

disponibilizaram a montagem do PowerMonitor 3000 e dos TC’s de

instrumentação fixados em pequenas placas, com disponibilidade de bornes

para conexões, como pode ser visto abaixo.

Figura 25: Placa com montagem do PowerMonitor 30000 (a).


57

Figura 26: Placa de montagem do PowerMonitor 3000 (b).


3.3.8 Testes Iniciais.

Os primeiros testes com o dispositivo foram realizados em laboratório,

utilizando bancadas de testes com fornecimento de tensões trifásicas. Devido a

disponibilidade, o dispositivo PowerMonitor 3000 foi alimentado em 220 Vca.

Para realização de testes utilizando o modo de conexão WYE, foi necessária

utilização de circuito de neutro, disponível nos circuitos de tomadas do

laboratório. O diagrama trifilar da conexão do equipamento, pode ser visto a

seguir.

58

Figura 27: Diagrama trifilar de conexão e alimentação do medidor.


Para uma rápida familiarização com os equipamentos, foram realizados

testes utilizando sistema de cargas trifásicas, sendo três lâmpadas

incandescentes de 60 W/220V cada para a composição da carga. Um exemplo

de montagem pode ser visto a seguir.

59

Figura 28: Esquemático de utilização do PowerMonitor 3000.


60

Figura 29: PowerMonitor 3000 com lâmpadas conectadas em estrela (Y).


Como mostrado no desenho esquemático representado acima, a carga

trifásica foi composta com 3 lâmpadas incandescentes de 60 W/220 V

conectadas em estrela (Y). Abaixo, podemos ver o desempenho das lâmpadas

com esta configuração de conexão.

Figura 30: Tensão de linha, fase R.


Figura 31: Tensão entre fases R e S.


Figura 32: Corrente Fase R.


Figura 33: Potencia dissipada Fase R.


Figura 34: Potencia dissipada nas três fases.


Figura 35: Consumo de energia do sistema em Watts por hora.


Para diferentes testes e comparações, a carga também pode ser

realizada com conexão em delta (Δ). Portanto, não haverá mais diferença entre

tensões de fase e tensões de linha, com as lâmpadas operando em máxima

61

potência. Este ganho de potência pode ser visto a seguir, comparando a

intensidade luminosa das lâmpadas da figura 29 com a figura 36 a seguir.

Figura 36: PowerMonitor 3000 com lâmpadas conectadas em delta (Δ).


O desempenho das lâmpadas conectadas em delta (Δ), podem ser

observados com imagens coletadas do display do PowerMonitor 3000.









No laboratório além das lâmpadas incandescentes, temos a disposição

placas montadas com lâmpadas fluorescentes e seus reatores. Assim, um

cenário que facilmente poderia ser criado, seria a comparação do consumo de

energia, medidas de tensões, correntes e potências entre lâmpadas

incandescentes e as lâmpadas fluorescentes. Abaixo podemos ver a

montagem do experimento com lâmpadas fluorescentes conectadas em delta

(Δ) e as medidas realizadas no PowerMonitor 3000.

62

Figura 41: PowerMonitor 3000 com lâmpadas conectadas em delta (Δ).

Fonte: Elaborado pelos autores (2017). .









Como já mencionado anteriormente, para testes iniciais, com carga

foram utilizados sistemas trifásicos compostos de lâmpadas incandescentes ou

fluorescentes, porém esta simples montagem é capaz de ser utilizada para

alimentar diferentes cargas, como, resistências e motores.

63

3.3.9 PowerMonitor 3000 e relé programável WEG CLIC02.

Como já apresentado anteriormente, no laboratório também temos a

disposição, relés programáveis CLIC 02 da WEG. Estes práticos CLP’s

possuem interface homem máquina (IHM) de fácil manuseio e entre muitas

outras funções, eles contam com temporizadores.

Utilizando esta ferramenta, podemos criar um cenário onde simulamos o

consumo de energia de um ambiente. Para ser mais prático, imaginamos a

utilização de uma sala de aula durante o período da manhã. Em um dia comum

de aulas, a cada manha são realizadas duas aulas por sala, sendo que cada

aula tem duração em média de 1 horas e 40 minutos e intervalo de 20 minutos

entre as aulas.

Acessando a interface “ladder” do CLIC02, é possível selecionar a opção

7 de temporizador, onde é possível configurar tempos distintos para contato de

relé aberto e contado fechado. Neste temporizador é necessário estabelecer os

dois períodos de tempo, T1 e T2, sendo que um tem início imediatamente após

o outro.

Na interface de programação “ladder”, é possível definir que tipo de

contado que a função temporizador está controlando, contato normalmente

aberto ou contato normalmente fechado. Considerando o tempo de duração de

cada aula e o intervalo entre elas, utilizamos um temporizador modo 7 com

tempo T1 de 100 minutos e T2 de 20 minutos. Deste modo empregamos T1

para o tempo de duração de cada aula e T2 para o tempo de duração do

intervalo. Abaixo podemos ver o a configuração dos períodos de tempo através

da IHM do CLIC 02 ou por simulação no software Clic Edit.

64

Figura 46: Bloco T1 configurado no CLIC 02


Figura 47: Bloco T2 configurado no CLIC 02


Figura 48: Configuração de temporizador no Clic Edit.


Definidos os períodos de tempos, foi selecionado que o temporizador

controlaria um contato normalmente aberto para alimentação das lâmpadas.

Assim, quando a bobina de comando for energizada, o contado normalmente

aberto selecionado irá fechar, e alimentará as lâmpadas pelo tempo de 100

minutos. Após o término deste tempo, a bobina deixa de ser energizada

fazendo com que o contato seja aberto, mantendo este estado pelo período de

65

20 minutos. Após o termino de T2, a bobina volta a ser energizada e o contato

volta a fechar, alimentando novamente as lâmpadas pelo período de T1. Este

ciclo se repete até que o funcionamento seja interrompido manualmente.

Figura 49: Programação na interface “Ladder”.


Figura 50: Programação no Clic Edit.


Este exemplo foi elaborado para empregar a aplicação de controladores

lógicos programáveis, mas se o objetivo for simplesmente medir o consumo de

energia de cada aula, basta alimentar as luminárias e configurar o período de

demanda do medidor para o mesmo tempo de duração de uma aula. Assim,

66

após o período de duração de uma aula, o consumo de energia estará

registrado e amostrado no medidor.

Figura 51: Montagem com CLIC 02 para simulação.


3.3.10 Cuidados

Com corrente aplicada ao primário do transformador de corrente (TC), o

circuito secundário do TC jamais deve ser aberto. Esta ocasião produz um nível

de tensão elevado, o que pode ser um risco tanto para danos nos

equipamentos quanto para lesões pessoais (ALLEN BRADLEY, 2009a).

3.4 ANALISADOR DE ENERGIA FLUKE 434 SÉRIE II

Nos roteiros elaborados neste trabalho, foi utilizado como equipamento

de medição de energia o Analisador de Qualidade de Energia Fluke 434.

3.4.1 Sobre o Fluke 434

O Fluke 434 é dispositivo analisador de energia. Por ser um

equipamento portátil e de fácil manuseio, acaba por ser muito utilizado para

atividades de campo relacionadas a qualidade de energia.

O Fluke 434 possui um display LCD onde é possível visualizar tabelas

com valores mensurados e também formas de ondas, diagrama vetorial e

histograma.

Da mesma forma como já foi citado no dispositivo da Allen Bradley, o

Fluke também realiza medidas tanto trifásicas como monofásica, bastando

apenas selecionar o modo de conexão no equipamento, e efetivamente

realizando a mesconexão fisicamente. Ao contrário do PowerMonitor 3000, o

67

Fluke 434 já vem equipado com seus próprios TC’s, com escala variável, e

também com várias opções ponteiras para medida de tensão.

Figura 52: Fluke 434.

Fonte: Fluke Corporation (2012).

3.4.2 Aplicações

O Fluke 434 tem uma grande variedade de aplicações, podendo ser

utilizado para:

Medidas de Tensão, Corrente e Frequência;

Sag e Swell;

Total Harmonic Distortion (THD);

Potência e Energia;

Flicker (Oscilação);

Desequilíbrio;

Transientes (Captura de formas de ondas durante distúrbios);

Irush (Corrente de Partida).

68

Figura 53: Menu, Fluke 434


3.4.3 Dados Técnicos

O Fluke 434 tem condições de operação semelhantes ao PowerMonitor

3000, podendo ser submetido a níveis de tensão de até 600V. Seu modo de

cablagem é constituído por 10 opções, podendo variar entre opções

monofásicas, bifásicas e trifásicas.

Figura 54: Cablagem(a)

Fonte: Fluke Corporation (2012)

Figura 55: Cablagem(b)


69

Figura 56: Cablagem(c)


Figura 57:Esquemas de Ligação


Em comparação com o PowerMonitor 3000, o Fluke possui algumas

vantagens. A Primeira delas se dá pelo Fluke possuir bateria interna, assim o

dispositivo pode ser levado a campo sem a necessidade da utilização da fonte

de alimentação, outra vantagem é pela disponibilidade dos softwares

FlukeView e PowerLog gratuitos disponível em (Fluke Corporation, 2017).

Estes softwares são muito bons para transferir dados registrados para um

computador e realizar a captura de telas, em contrapartida o display do

PowerMonitor 3000 oferece resolução maior que o display do Fluke exibindo

mais casa decimais, portanto sendo mais preciso para aplicações de baixa

potência.

70

3.4.4 Utilização

O Fluke é um dispositivo de fácil manuseio e intuitivo. Através de seus

botões é possível alterar configurações, cablagem, e selecionar a aplicação

desejada no menu de funções.

Figura 58: Setup, Fluke 434.


Para utilizar o Fluke 434 em conjunto com um computador, é necessário

a utilização da interface óptica RS-232, figura 59. Então é necessário ajustar a

taxa de transmissão no dispositivo Fluke 434 e no computador utilizando

FlukeView ou PowerLog para serem compatíveis. Para realizar o ajuste no

Fluke 434 deve ser acessado o Setup, com a tecla F4 – PREFERENCIA DE

USUÁRIO, em seguida RS-232, com as setas cima/baixo selecionar a taxa de

transmissão e confirmar com a tecla Enter. Para realizar o ajuste pelo

FlukeView basta abrir o programa, selecionar a porta USB utilizada e

selecionar a mesma taxa de transmissão configurada no Fluke 434, figura 60.

71

Figura 59:Conexão Fluke 434 e Computador.


Figura 60: Config. Taxa de Transmissão, FlukeView.


3.4.5 Testes Iniciais

Para realizar testes iniciais com o Fluke 434, pode-se realizar um

procedimento semelhante ao realizado o PowerMonitor 3000, sendo um

sistema trifásico com 3 lâmpadas, como ilustrado na figura 61.

72

Figura 61: Diagrama de Fiação Básico, Fluke 434.


73

3.5 EXPERIMENTOS SOBRE ILUMINAÇÃO

Neste roteiro será abordado o tema luminotécnica, será mostrado o

procedimento de ex post em um sistema de luminárias. Será utilizada a

instalação do laboratório de Eficiência de Eng. Elétrica da UFPR.

O objetivo desse roteiro é estudar o comportamento de luminárias no

ambiente do laboratório. Mostrar como valores simulados no Dialux e medidos

com o luxímetro podem ser próximos, porém é necessário que o catálogo

respectivo de cada luminária seja inserido no Dialux. Por fim, com o auxilio dos

medidores de energia, mostrar o consumo de cada modelo de luminária,

diferenciando o consumo de uma lâmpada fluorescente e lâmpada com Led.

3.5.1 Luminotécnica

Primeiramente, realizou-se a simulação do ambiente do laboratório no

software Dialux (DIAL, 2017), para a estimativa dos valores de iluminância nas

superfícies desejadas. A iluminância vem a ser a relação entre o fluxo luminoso

incidente numa superfície e a superfície sobre a qual este incide (LUZ, 2013),

ou seja, é a densidade de fluxo luminoso na superfície sobre a qual este incide.

A unidade é o LUX, definido como o iluminamento de uma superfície de 1 m2

recebendo de uma fonte puntiforme a 1m de distância, na direção normal, um

fluxo luminoso de 1 lúmen, uniformemente distribuído (LUZ, 2013).

Iluminância ou nível de iluminamento é o limite da razão do fluxo

luminoso recebido por uma superfície em torno de um ponto considerado a

uma certa distância de uma fonte, ou seja, é a quantidade de luz que um ponto

está recebendo, sendo essa luz medida em lux (ABNT,2013).

3.5.2 Software Dialux

O Dialux é um software para cálculo luminotécnico com interface

parecida com o AutoCAD. O Dialux aceita importação de arquivos com dados

fotométricos de fabricantes e calcula a iluminância para diversas superfícies de

trabalho, o software considera a interferência de móveis no ambiente interno ou

74

externo (BARANIUK, 2017). Neste projeto utilizou-se a versão Dialux 4.12

(DIAL, 2017).

3.5.3 Luximetro

Utilizando-se do equipamento luxímetro digital LD-550 da ICEL Manaus,

pode-se fazer medições para constar o valor de iluminância de locais internos e

externos, proporcionando medidas na unidade lux, abrangendo a faixa de 1lux

a 100000lux (ICEL MANAUS, 2008). Foi possível obter os valores reais da

iluminância, que as luminárias instaladas no laboratório estão gerando. As

medidas foram feitas com luxímetro posicionado em cima da bancada. Desta

forma, foram obtidos os valores ex post.

3.5.4 Procedimento a ser realizado nos Experimentos

O aluno deve proceder da seguinte forma para realizar os experimentos

com duas luminárias, uma luminária e refletor Led de 20W. Materiais utilizados:

Duas luminárias florescentes T5.

a) 4 Lâmpadas 28W.

b) Refletor de Led 20W.

c) Cabos para ligação.

d) Interruptor simples.

e) Analisador de Qualidade de Energia Fluke 434.

f) Medidor de Energia Power Monitor 3000 da Allen Bradley.

g) Luxímetro LD-550 da ICEL Manaus.

Os alunos deverão fazer as seguintes montagens para realizar os

experimentos.

75

Figura 62: Esquema de Ligação para duas luminárias.


76

Para poder fazer um comparativo entre resultados, é de suma

importância que os alunos montem uma simulação do ambiente do laboratório.

Para isso é necessário a utilização de um software, o indica é o software Dialux

4.12.

O simulador para cálculos luminotécnicos Dialux é muito simples de

usar, primeiramente deve-se importar o catálogo do fabricante das luminárias

que serão utilizadas (no caso desse experimento serão utilizadas luminárias

Lumicenter e refletor Led XL Power).

A simulação deverá ser feita respeitando as dimensões do ambiente

estudado, no caso, o Laboratório de Eficiência Energética do bloco de

Engenharia Elétrica da UFPR. As dimensões do laboratório são; 17m de

comprimento por 3m de largura e 3,20m de altura. A bancada também deve

respeitar as dimensões da bancada real, pois, as medições deverão ser feitas

em cima da bancada. Após ser desenhado o ambiente do laboratório no Dialux

com as luminárias, é necessário mandar o software calcular. Desta forma,

serão obtidos os valores de iluminância no ambiente desenhado. Para se

localizar esses valores, é necessário escolher a opção Edição em seguida

Resumo. Com isso, será possível colher os dados da simulação, figura 63.

77

Figura 63: Exemplo de resumo gerado pelo programa Dialux.


A simulação tem de conter uma área de cálculo, deve ser escolhida a

região de trabalho, no caso a bancada. Com isso, estará se produzindo uma

malha de medição contendo pontos, os quais serão repetidos na hora de medir

com o luxímetro.

Por fim, deve se medir a luminosidade do ambiente com o luxímetro,

devem ser colhidos os dados para os três experimentos, com isso poderá se

comparar os valores de iluminância calculados pelo software, com os medidos

com o luxímetro na área bancada.

3.5.5 Analise do Experimento 1

Primeiramente, foi considerado o ambiente do Laboratório de Eficiência

Energética do bloco de Eng. Elétrica com a iluminação de duas luminárias

78

iguais. A luminária que foi utilizada é a Lumicenter Lighting Group FAA05-S228,

que está disponível no catálogo que a Lumicenter disponibiliza on-line para

download, figura 64 com esquemático do ambiente:

Figura 64: Esquemático do Ambiente do Laboratório


Através da montagem da montagem mostrada acima, foram obtidos os

dados da iluminação do laboratório, figura 65:

Figura 65: Imagem do Dialux com a simulação da Iluminância.


Como se pode notar, o valor da iluminância em cima da bancada obtido

pelo simulador varia de 270 a 360 lux.

Para realizar as medidas com o luxímetro é necessário que tenha pouca

luz do ambiente para não influenciar nas medidas. Por essa razão é

recomendado que as medidas ocorram a noite ou tarde, pois a pouca luz

natural ambiente, é necessário também apagar todas as luzes artificiais do

ambiente para que as medidas sejam o mais próximo possível do ambiente

simulado no Dialux. As medidas obtidas com o auxílio do luxímetro serão

mostradas na figura 66, a região marcada com pontilhado é a área com os

valores de interesse, tendo sido descartadas os valores marginais,

considerando-se somente a região de uso.

79

Figura 66: Imagem com as medidas obtidas com o Luxímetro.



Nesta etapa, foi realizada a simulação da iluminação do ambiente com a

presença de apenas uma luminária. A luminária utilizada, foi a Lumicenter

Lighting Group FAA05-S228. A seguir do esquemático do ambiente, figura 67.

Figura 67: Esquemático do Ambiente do Laboratório.


Através da montagem acima, foi feita a simulação no Dialux, com isso se

obteve os dados de iluminância do projeto, figura 78:

Figura 68: Imagem do Dialux com a simulação da Iluminância.


Pode se notar pelos cálculos do Dialux que a iluminância na bancada,

girou em torno de 240 lux.

Na figura 69, será mostrado as medidas feitas com o auxílio do

luxímetro, a região marcada com pontilhado é a área com os valores de

interesse.

80

Figura 69: Medidas com Luxímetro.



Por último, será usado apenas um refletor Led, para poder comparar

com as luminárias florescentes. Foi usado o refletor de Led 20W da XL Power,

ligado no mesmo lugar que as luminárias. Abaixo a figura do esquemático

produzido no Dialux, figura 70:



Através da montagem acima, foi feita a simulação no DiIalux, com isso

se obteve os dados de iluminância do projeto, figura 71.



Pode se notar pelos cálculos do Dialux que a iluminância na bancada,

resultou em valores em torno de 90 lux.

81

Na figura 72, será mostrado as medidas feitas com o auxílio do

luxímetro, a região marcada com pontilhado é a área com os valores de

interesse.

Figura 72: Imagem com as medidas obtidas com o Luximetro.


Através das medidas coletadas com o auxílio do luxímetro para as três

situações, pode-se verificar o ex post do experimento sobre luminárias.

3.5.8 Medida da Iluminância

Após, feita a coleta de dados, é preciso avaliar o desempenho das

luminárias. Todo procedimento envolvendo iluminação interna ou externa, deve

ser baseada na norma ABNT NBR ISO/CIE 8995-1 de 2013. Está norma

substitui a norma NBR 5413/1992.

Como o ambiente estudado é um laboratório, será adotado o item 28.

Construções Educacionais da norma CIE 8995-1. Salas de aplicação e

laboratórios - 500 lux.

Com a coleta de dados finalizada, foi feito uma média com os valores de

iluminâncias em cima da bancada. Foram adotados os valores da área de

cálculo (área pontilhada presente nas figuras 66, 69 e 72). Com isso, alguns

valores foram desprezados, os valores de iluminância laterais. Quadro 5 com

as médias das iluminâncias.

82

Quadro 5: Valores das iluminâncias coletadas na bancada do laboratório.


3.5.9 Consumo de Energia

Através da utilização do analisador de qualidade de energia Fluke 434, e

do medidor de energia Power Monitor 3000 da Allen Bradley, foram feitas

medidas para verificar o consumo de energia, para o caso de duas luminárias,

uma luminária e para o refletor de Led.

3.5.10 Cenário com 2 luminárias fluorescentes

Para se fazer a medida do consumo de energia com o Fluke 434,

quando as duas luminárias foram ligadas, ligou- se as ponteiras do 434 no

condutor de alimentação da luminária, tanto a ponteira responsável por medir a

tensão, quanto a ponteira responsável por medir a corrente.

Após serem feitas as ligações citadas a acima, foram feitas as medidas

para se verificar tensão, corrente, frequência da rede, potência da luminária e

consumo. Os valores medidos estão nas figuras 73 e 74.

Figura 73: Potência para duas luminárias


Figura 74: Energia para as duas luminárias.


Experimento 2 Luminárias 1 Luminária Refletor Led

Iluminância

Medido Simulado Medido Simulado Medido Simulado

294 lux 293 lux 220 lux 261 lux 47 lux 76 lux






Média 313 lux 344 lux 170 lux 208 lux 51 lux 62 lux

83

Nesta imagem o programa de view do Fluke 434 apresentou uma

pequena distorção na hora de mostrar os valores de kWh, kVAh e kVARh.

Com os valores de kWh é possível verificar o consumo da lâmpada, e

com isso verificar a eficiência.

Foram realizadas medidas para os outros dois casos (uma luminária e

refletor de Led); afim obter os dados para comparação. Foi construído um

quadro de valores para melhor observação. No quadro é possível verificar

valores de tensão, corrente, potência, esses três valores foram retirados

diretamente do Fluke. Já os valores de Consumo W em 1h, foram calculados.

Foi adotado o pressuposto que o consumo será continuo, dados no quadro 6.

Quadro 6: Valores medidos pelo Fluke 434.

Luminárias Tensão R (V) Corrente R (A) Potencia (W) Consumo kWh

para 1h Iluminância

Fornecida(lux)

Duas Luminárias 127,86 0,9 110 0,11 313

Uma Luminária 126,84 0,5 60 0,06 170

Led 127,64 0,2 10 0,01 51


Também foram realizadas medidas de consumo de energia, com o

auxílio do equipamento Power Monitor 3000 da Allen Bradley. Assim como no

Fluke 434, foram realizadas medidas para os três casos (duas luminárias, uma

luminária e para o refletor Led).

O procedimento para obtenção das medidas com o medidor Allen é

semelhante ao procedimento do Fluke. Com o auxílio de um fio condutor, a

alimentação da luminária foi passada por dentro de um TC (transformador de

corrente), este TC foi ligado ao Allen, desta forma efetuando as medidas de

tensão, corrente, frequência da rede, potência da luminária e consumo, os

valores da medidos estão nos quadros 7 e 8:

84

Quadro 7: Valores de tensão, corrente e frequência.


Quadro 8: Valores de potência.


A coleta de dados foi repetida, substituindo as duas luminárias por

apenas uma luminária de mesmas características e para o refletor Led de 20W.

Com os valores medidos foi construído um quadro, para melhor visualização.

Neste quadro de valores estão presentes os valores de tensão, corrente e

potência, retirados diretamente do Power Monitor. Os valores coletados no

display do PowerMonitor 3000 são referentes a 5 min, que foi o tempo de

duração do experimento. Tendo o consumo de energia para 5 minutos, o

quadro a seguir foi preenchido com uma energia estimada um uma hora.

Quadro 9: Valores medidos pelo Power Monitor.

Luminárias Tensão R

(V) Corrente R

(A) Potencia

(W) Consumo (kWh)

Iluminância Fornecida (lux)

Duas Luminárias

127,97 0,915 116.2 115,432 313

Uma Luminária 130,9 0,384 50,21 49,876 170

Led 130,8 0,165 13,9 12,422 51


85

3.6 EXPERIMENTO AQUECIMENTO DE ÁGUA

Neste roteiro será o tema bomba de calor, para a realização do

experimento foi utilizado o mecanismo de bomba de calor presente no

Laboratório de Eficiência Energética do bloco de Engenharia Elétrica da UFPR.

Este roteiro tem por objetivo estudar o comportamento de equipamentos

que fazem o aquecimento de água. Neste contexto serão estudos dois

equipamentos de comportamento, características e métodos diferentes para

aquecer a água. Primeiramente será estudado o mecanismo de aquecimento

de água por bomba de calor, medindo seu ganho de temperatura e consumo

de energia. Após será realizado o experimento com um chuveiro elétrico,

verificando o seu ganho de temperatura e consumo de energia. Após realizar

essas medidas, será feito o calculo de IDE, comparando os valores da bomba

de calor com o chuveiro.

3.6.1 Bomba de Calor

O mecanismo presente na bomba de calor, usa de um ciclo de

refrigeração para transportar o calor presente no ar ambiente para a água de

um reservatório (MALUF, 2010).

A bomba de calor possui um fluido de refrigeração em estado gasoso,

que circula por um circuito pressurizado por um compressor. Ao lado a

descarga do compressor, o fluido muito quente em estado gasoso começa a

ser resfriado entrando em contato com a agua do reservatório em um trocador

de calor, chamado de condensador, desta forma condensando em um liquido

de alta pressão e temperatura moderada. Após sair do condensador, o liquido

passa por um dispositivo o qual irá diminuir sua pressão, chamado de válvula

da expansão. Após ter a pressão diminuída, o fluido liquido passa por outro

trocador de calor, o evaporador, no qual irá em contato com o ar do ambiente

evaporar-se, desta forma conseguirá absorver o calor do ambiente. Tendo

comprido todas essas etapas, o fluido retorna ao compressor e começa-se

outro ciclo. Desta forma, a bomba é capaz de captar o calor do ar ambiente, e

conseguirá esquentar a água presente no reservatório, que pode vim a ser um

86

boiler ou costumeiramente mais usada em piscinas, como apresentado na

figura 75.

Figura 75: Funcionamento de uma bomba de calor em uma piscina.

Fonte: Maluf (2010).

3.6.2 Procedimento Experimental

Para realização do experimento é necessário contar com uma bomba de

calor devidamente instalada, por isso foi utilizado para realizar as medições

que fazem parte desse experimento, a bomba presente no Laboratório de

Eficiência.

3.6.3 Materiais e equipamentos utilizados

Bomba de calor;

Reservatório de água;

Chuveiro;

Recipiente para água de 30 litros;

Analisador de qualidade de energia Fluke 434;

Medidor de energia Power Monitor 3000 Allen Bradley;

Termopar.

Para a realização do experimento foi utilizado a bomba de calor,

conforme a figura 76, que está instalada no Laboratório de Eficiência

87

Energética. O sistema de instalação da bomba conta com um reservatório

apresentado na figura 77 de água de 150 litros, o qual se encontra na torre de

água do bloco de elétrica, a 4 metros de altura, e uma distância de 6 metros da

bomba térmica. A água utilizada durante todo o experimento é oriunda da

chuva, captada através de um sistema de calhas, as quais enchem um

reservatório de água de aproximadamente 1000 litros, que se encontra a uma

altura de 70 cm em relação ao chão. Com auxílio de motores que funcionam

como bombas, essa agua armazenada no primeiro reservatório, é bombeada

para outro reservatório, que se encontra a 5 metros de altura, no alto da torre

de água do bloco de elétrica. Esse segundo reservatório, abastece o

reservatório de 150 litros, o qual a bomba de calor irá esquentar a água ali

armazenada.

Figura 76: Bomba de Calor


Figura 77: Boiler, 150 litros

Fonte: Autor (2017)

Para uma melhor análise dos dados obtidos da bomba de calor, será

necessário realizar outro experimento. Com o auxílio de uma ducha Lorenzetti

88

220V/4800W, será comparado o ganho de temperatura, a energia consumida e

a eficiência da bomba de calor com relação ao chuveiro.

Como foi mencionado anteriormente, será necessário avaliar o

desempenho de um chuveiro. Para se avaliar a ducha Lorenzetti, será utilizada

a estrutura disponível para instalação de chuveiros do Laboratório de Eficiência

Energética. A água que irá alimentar o chuveiro, é proveniente do reservatório

que se encontra a 5 metros de altura na torre de água do bloco de Engenharia

Elétrica.

3.6.4 Procedimento para coleta de dados

Com o auxílio do Analisador de Qualidade de Energia Fluke 434 que foi

ligado diretamente na bomba de calor, foi possível coletar os dados de tensão,

corrente, potência da bomba de calor.

89

Figura 78: Diagrama de Fiação Bomba de Calor


90

O Fluke 434 fornece as seguintes leituras para a bomba de calor, figuras

79 e 80:

Figura 79: Valores de Tensão e Corrente


Figura 80: Valores de Potência e Energia


Os valores obtidos com o Fluke 434 serão usados na análise de dados,

para verificar a eficiência da bomba de calor.

3.6.5 Ducha Lorenzetti (chuveiro)

Para coletar os dados de tensão, corrente e potência do chuveiro, foi

utilizado o Power Monitor 3000. Que foi ligado da seguinte maneira com

representado na figura 81:

91

Figura 81: Diagrama de Fiação para chuveiro.


92

Por meio do acesso remoto do Power Monitor 3000 foi possível coletar

os seguintes valores presentes nos quadros 10 e 11:

Quadro 10: Valores de Tensão e Corrente


Quadro 11: Valores de Potência.


3.6.6 Análise de dados

Bombas de calor são costumeiramente mais usadas para fazer

aquecimento de piscinas, através do seu mecanismo de absorver o calor do ar

ambiente, assim deixando a água da piscina a uma temperatura mais

agradável aquém for utiliza-la. Mas, uma bomba de calor é mais eficiente do

que um chuveiro, por exemplo? Qual sistema consome menos energia para

esquentar certa quantidade de água?

Para verificar qual sistema de aquecimento resultou em um maior ganho

de temperatura e menor consumo energético, foi necessário medir a

temperatura da água na saída da bomba de calor e no chuveiro. Para realizar a

medida de temperatura, foi utilizado o multímetro digital, na função termômetro

com o termopar. O termopar foi ligado na saída da água do quente, desta

forma evitando perdas de calor para canos e contato de com água, conforme

figura 82.

93

Figura 82: Medida de Temperatura, Bomba de Calor


Na realização das medidas no chuveiro, foi necessário utilizar-se de um

recipiente para captar água do chuveiro e um termopar para medir a

temperatura da água que saiu do chuveiro. A medida da temperatura foi

realizada imediatamente após a água sair do chuveiro, desta forma evitando

perdas de calor para o ar.

Para se avaliar qual sistema é mais eficiente, chuveiro ou bomba de

calor foi usado o método IDE (Indicador de Desempenho Energético (Wh/l°C)),

o qual deve ser calculado seguindo a Eq(1):

�� =��(��ℎ)

��(�) ∗ (�� (°�) − �� (°�) (1)

94

O valor de IDE pode ser interpretado da seguinte forma, quanto menor

ele for mais eficiente é o sistema, pois ele indica que quanto mais baixo for o

valor menos energia ele está consumindo.

No quadro 12 encontram-se os valores medidos com o auxílio do Fluke

434, termopar e os valores calculados de IDE.

Quadro 12: Contém todos os valores medidos.

Método de aquecimento

Tensão (V)

Corrente (A)

Consumo (Wh)

Temperatura (°C) Volume (l)

IDE (Wh/l°C)

Inicial Final Gradiente

Bomba de calor (5min)

223,5 6,23 116 18 22 4 150 0,193


223,5 7,92 294 18 26 8 150 0,245

Chuveiro (10min)

216.97 11,73 353,33 28 36 8 50 0,883


3.6.7 Relação Custo Benefício (RCB)

Para realizar cálculos de custo benefício devem ser levados em

consideração o preço total do sistema (equipamentos e instalação) e o

rendimento do equipamento, definido por meio do IDE estabelecido. Assim,

pode-se realizar a comparação entre a bomba de calor e um chuveiro elétrico

para aquecer água a um mesmo gradiente de temperatura.

Independente dos valores iniciais e finais de temperatura da água para

os casos do chuveiro e da bomba de calor, as duas tecnologias elevaram a

temperatura a um mesmo gradiente, então estima-se que para condições

iniciais iguais os dois equipamentos chegariam a mesma temperatura final,

mantendo seus IDE’s. Como apresentado no quadro 12, a bomba de calor

mostrou possuir rendimento aproximadamente 3,6 vezes melhor que o chuveiro

para se elevar um litro de água em um grau Celsius.

Considerando uma aplicação residencial, para avaliar e comparar o

desempenho das duas tecnologias, deve-se avaliar o mesmo tempo para a

utilização de um banho. A bomba de calor consumiria 294 Wh para elevar a

água a mesma temperatura que o chuveiro poderá elevar, porém a água é

reservada mantendo o consumo fixo em 294 Wh. O chuveiro porem, terá seu

consumo correspondente ao tempo de utilização.

95

O preço do quilowatt hora (kWh) varia de concessionaria para

concessória. No estado do Paraná para o grupo B, a Copel tem como base o

preço unitário do kWh em R$ 0,64 (Copel, 2017). Assim, considerando que o

tempo de duração de um banho é aproximadamente de 15 minutos e utilize 75 l

de água, o chuveiro elétrico consumiria 0,53 kWh totalizando R$ 0,34 e para

dois banhos totalizando 150 l, R$ 0,68. A de bomba calor gastaria R$ 0,188

para os mesmos 150 l.

O valor do sistema para a bomba de calor é composto por

aproximadamente R$ 6.440,00 do trocador de calor Maxtemp 18, R$ 1.300,00

para o reservatório térmico Aquamec e R$ 1.500,00 de instalação e mão de

obra, totalizando R$ 9.240,00. O valor do chuveiro não será levado em

consideração, estamos considerando o chuveiro como um sistema atual e que

já está pago.

Em um ambiente em que uma familia utilizasse alguma destas

tecnologias para 4 banhos diarios, o chuveiro elétrico representaria um gasto

de R$ 496,4 anual, enquanto que a bomba de calor apenas R$ 137,24.

Para o cenário estabelecido, pode ser notado que a bomba de calor

representaria uma economia de R$ 359,16 anualmente, porem relacionando

com o gasto total da bomba de calor seriam necessários mais de 25 anos para

que o valor investido fosse compensado pela economia. Assim, considerando o

tempo muito elevado e o tempo de vida util dos equipamentos, a bomba de

calor não justificaria essa troca de tecnologia, e não seria possivel reaver o

investimento para a bomba de calor.

Mas vale salientar que apenas foi realizado um exemplo para cálculo de

RCB, pois a bomba de calor e chuveiro elétrico possuem aplicações diferentes.

3.7 EXPERIMENTO COM MOTORES

3.7.1 Roteiro sobre Acionamento de Motores

Neste roteiro será abordado o tema acionamento de motores de indução

trifásicos, para a realização do experimento foi utilizado o conjunto de motores

presentes no Laboratório de Eficiência Energética do bloco de Engenharia

Elétrica da UFPR, conforme representado na figura 83.

96

O objetivo desse roteiro é medir os valores de energia consumidos por

motores de indução trifásicos para fazer o bombeamento de água de um

reservatório para outro, mostrando como cada tipo de ligação pode influenciar

no desempenho dos motores e se um motor que possui uma potência maior é

mais eficiente do que motores com potências menores. Com os valores

medidos, será feito um calculo de IDE para cada caso, mostrando qual motor e

qual tipo de ligação se mostrou mais eficiente.

Figura 83: Conjunto de Motores, Laboratório de Eficiência


3.7.2 Motores de indução trifásicos (MIT)

Motores de indução trifásicos (MIT) se caracterizam por serem máquinas

com excitação única. Tais máquinas sejam equipadas tanto com enrolamento

de campo, como um enrolamento de armadura, normalmente a fonte de

energia é conectada ao enrolamento de campo (TORO, 1999). As correntes

que circulam pelo enrolamento de armadura surgiram por indução, o cria uma

distribuição ampere-condutor que interagem com a distribuição de campo para

97

criar torque (TORO,1999). A frequência da corrente induzida no condutor é

relacionada com a velocidade do rotor a qual está conectada, já a frequência

da corrente da armadura é relacionada com a distribuição da ampere-condutor

da distribuição de campo. Através dessas condições a máquina indução é

capaz de produzir torque abaixo da velocidade de operação síncrona, desta

forma é classificada como maquina assíncrona (TORO,1999).

Motores de indução apresentam- se ultimamente como boas alternativas

para acionamentos controlados, pois apresentam algumas características que

lhes dão vantagens sobre motores de corrente continua, como: motores de

indução são mais baratos que motores CC, manutenção dos motores mais

simples, consomem menos energia para acelerar e frenar, são mais velozes

com isso geram potências maiores. A grande desvantagem dos MIT em

relação aos CC, é que os motores trifásicos de indução têm dependência entre

fluxo e a tensão do estator, o que não ocorre em motores CC com excitação

independente, este fato limita a faixa de variação do motor quando controlado

por variação da tensão do estator (CASTRO, 2012).

O grande trunfo do MIT é sua simplicidade, robustez, baixo custo de

fabricação e boas características de funcionamento. Todas características são

resultantes do fato do rotor ser uma unidade alto suficiente que não necessita

de conexões externas. O nome motor de indução se dá ao fato de se serem

induzidas correntes alternadas no seu rotor, pelo campo girante produzido

pelas bobinas do estator (HENRIQUE, 2014).

Os motores de indução trifásico, possuem os seguintes métodos de

partida: direta, estrela-triângulo, série-paralela, chave compensadora,

eletrônica, por resistor, por reator primário, partida com frequência variável

(VILELA JUNIOR, 2017b).

No experimento no laboratório os motores estavam sujeitos a três

características de partida: direta, estrela-triângulo e com inversor (frequência

variável). Por isso, será explicado melhor os três métodos de partida em

sequência.

Partida direta: O método mais indicado de partida tem como

característica elevada corrente de partida, figura 84. O que pode causar queda

de tensão na rede de alimentação, por isso exige que o sistema de proteção

98

contatores e cabos seja bem elaborado, o que gere custos (VILELA JUNIOR,

2017b).

Figura 84: Corrente de partida

Fonte: Vilela Junior (2017).

Partida Estrela-Triângulo: Tem por característica a utilização em

aplicações cujo ás cargas tem conjugado baixos ou partidas a vazio. O motor

deve possuir 6 terminais, a corrente reduz de √3 e o conjugado de partida

ficam reduzidos a 33% e dupla tensão com a segunda tensão √3 maior que a

primeira (VILELA JUNIOR, 2017b), figura 85 e 86:

Figura 85: Corrente de partida.

Fonte: Vilela Junior (2017b).

99

Figura 86: Ligação para partida estrela-triângulo.

Fonte: Vilela Junior (2017b).

Partida com Inversor de Frequência: O inversor tem como

característica variar simultaneamente a tensão de alimentação e a frequência

durante a aceleração do motor, de forma que, a tensão e a frequência

permaneçam constantes. Assim, é possível obter um alto torque numa ampla

faixa de frequência (VILELA JUNIOR, 2017b), figuras 87 e 88:

Figura 87: Comportamento do torque na partida com inversor.


100

Figura 88: Ligação do motor com o inversor.


3.7.3 Procedimento Experimental

Para realização do experimento é necessário contar com um conjunto de

motores devidamente instalados, por isso foi utilizado para realizar as

medições que fazem parte desse experimento, os motores de 10cv com partida

direta, o motor de 4cv com partida direta, o motor de 4cv com partida estrela-

triângulo e o motor de 4cv com partida com inversor, presentes no Laboratório

de Eficiência.

3.7.4 Materiais e equipamentos utilizados

a) Motor WEG de 10cv partida direta;

b) Motor WEG de 4cv partida direta;

c) Motor WEG de 4cv partida estrela-triângulo;

d) Motor WEG de 4cv partida com inversor;

e) 2 Reservatórios de água de 1000 litros;

f) Régua para medir nível da água;

g) Analisador de qualidade de energia Fluke 434.

3.7.5 Procedimento para coleta de Dados

O experimento se deu da seguinte forma, um por um cada motor foi

ligado para verificar o consumo de energia para bombear água do reservatório

de água da chuva, abastecido com água da chuva de 1000 litros localizado na

parte inferior da torre de água, localizada no bloco de Engenharia Elétrica da

101

UFPR, até o reservatório de 1000 litros, localizado na parte superior da torre, a

distância dos dois reservatórios é de aproximadamente 4 metros.

Primeiramente foi ligado o motor de 10cv, e foi deixado que ele bombeasse a

água do reservatório localizado mais abaixo da torre de água para o

reservatório localizado na parte superior da torre, não foi deixado ele

bombeador toda a água do reservatório, pois a muita sujeira no fundo do

reservatório, o que poderia prejudicar na medida. Enquanto, o motor estava

ligado foi deixado o Fluke 434 em funcionamento para medir o consumo de

energia. O Fluke foi ligado diretamente no quadro de energia do laboratório

figura 89, desta forma foi possível verificar o consumo de energia do motor, e

os valores medidos podem ser verificados na figura 90.

102

Figura 89: Diagrama de Fiação, Motores.


103

Figura 90: Valores de potências e energia.


Com o auxílio da régua, foi medido o tamanho da coluna de água que o

motor de 10cv bombeou. Através da equação (1) pode se calcular quantos

litros de água foram bombeados.

�� = ��. ℎ. 1000

A experiência foi repetida para o motor de 4cv partida direta, 4cv partida

estrela-triângulo e 4cv partida com inversor de frequência. Assim se torna

possível verificar quantos litros de água esses motores poderiam bobear no

mesmo tempo de funcionamento. Os valores medidos pelo Fluke 434 para

potência e consumo de energia estão nas figuras 91, 92 e 93 respectivamente.

(1)

104

Figura 91: Motor de 4cv partida direta.


Figura 92: Motor de 4cv partida estrela-triângulo.


Figura 93: Motor de 4cv partida com inversor de frequência.


3.7.6 Análise de Dados

A seguir foi feito uma tabela para melhor compreensão dos valores

medidos, tanto de energia consumida como para o volume de água bombeada

de um reservatório para o outro.

105

Quadro 13: IDE para motores.

Motor Tempo de

funcionamento (seg)

Energia consumida

(kWh)

Volume bombeado (l)

IDE (Wh/l)

10cv partida direta

109 10,85 540 20,09

4cv partida direta

109 3,23 145,4 22,21

4cv partida Y-Δ 109 3,28 140,22 23,39

4cv partida com inversor

109 1,94 93,48 20,75


Com os resultados do quadro 13 é possível verificar qual motor e

método de partida se mostra mais eficiente. Entre os motores de 4cv, é

possível notar que a bomba em conjunto com um inversor de frequência,

represento um consumo de energia menor do que os motores com partida

direta e partida em estrela triângulo. No entanto, pode ser observado que por

mais que o consumo pelo motor de 10cv tenha sido maior, este motor bombeou

um volume muito grande água, representando entre estas 4 opções o melhor

indicador de desempenho energético.

Uma importante observação que pode ser realizada, é que entre

motores iguais, o motor que estava em conjunto com um inversor de frequência

se mostrou mais eficiente, assim seria possível projetar que a aquisição de um

inversor de frequência para o motor de 10cv poderia tornar ainda melhor o

rendimento desta maquina, que mesmo em partida direta possui o melhor

rendimento.

106

4 EXPERIMENTOS SOBRE QUALIDADE DE ENERGIA

O seguinte roteiro tem por objetivo estudar os efeitos do acionamento de

um motor de 10cv na rede elétrica do bloco de Eng. Elétrica da UFPR.

Mostrando que quando se aciona um motor em uma rede mal dimensionada

pode provocar uma série de distúrbios que podem danificar aparelhos e

componentes eletrônicos. Serão abordados os distúrbios SAG e SWELL, e

mostrar com a ajuda do FLUKE 434 os efeitos desse acionamento na tensão

da rede do bloco, serão coletadas medidas, para maior compreensão dos

distúrbios que os referidos acionamentos podem causar. Após colhidos esses

dados, será verificado na norma se os afundamentos ou sobre-elevações de

tensão encontram-se dentro da norma reguladora.

4.1 QUALIDADE DE ENERGIA

O assunto qualidade de energia está cada vez mais presente em

empresas de energia e consumidores em um contexto geral. Por isso, se faz

cada vez mais necessário, estudar os distúrbios que podem afetar, ou até

mesmo comprometer a rede elétrica em geral. Pois, está cada vez mais

presente em sistemas elétricos equipamentos e dispositivos sensíveis a

mudanças nos padrões de suprimento elétrico. Por esse motivo, é necessário

estudar distúrbios que afetam a rede elétrica, e tentar minimiza-los.

Os impactos do acionamento de um motor indução de partida direta na

rede elétrica, podem ser avaliados através de diversas maneiras. Porém,

engenheiros estão interessados em ferramentas e métodos práticos para

minimizar os efeitos desses distúrbios na rede (MORAIS, 2010).

4.1.1 Afundamento de Tensão (SAG)

Afundamento de tensão (SAG) é caracterizado quando o valor eficaz da

tensão for igual 0,1 pu ou inferior a 0,9 pu, com duração superior ou igual a um

ciclo e inferior a três minutos (ANEEL, 2016). Os afundamentos de tensão

podem ser causados por acionamentos de grandes motores, correntes de Irush

de transformadores e faltas ou defeitos na rede elétrica dos distribuidores de

107

energia. Esses distúrbios de tensão podem causar danos em dispositivos

eletrônicos que fazem parte de inúmeros equipamentos, como computadores e

máquinas (ROCHA, 2011).

4.1.2 Elevação de Tensão (SWELL)

A elevação de tensão (SWELL) se caracteriza quando o aumento do

valor eficaz da tensão for superior a 1,1 pu, e duração superior ou igual a um

ciclo e inferior a 3 minutos (ANEEL, 2016). Elevações na tensão são causadas

por faltas monofásicas (curto-circuito fase-terra) no sistema da rede elétrica. A

fase em curto tem a tensão reduzida enquanto as outras duas tem a sua

tensão elevada. A elevação da tensão pode causar danos em equipamentos e

máquinas, pois podem causar o desligamento de supressores de tensão, o que

pode causar perdas de inúmeras formas (ROCHA, 2011).

4.2 VARIAÇÃO NA TENSÃO DA REDE ELÉTRICA

As Variações de Tensão de Curta Duração (VTCD), podem ser definidas

de acordo com o módulo 8 do PRODIST da ANEEL, como desvios

significativos no valor eficaz da tensão em curtos intervalos de tempo, podendo

ser classificadas dependendo da duração da paralização como momentânea

ou temporária. Essa variação no fornecimento de energia, pode ser

denominada como interrupção, afundamento ou elevação da tensão, isso

dependendo da variação da amplitude da tensão, quadro 14 apresenta as

classificações:

108

Quadro 14: Tabela apresenta as classificações do PRODIST

Fonte: PRODIST (2016).

Esses afundamentos de tensão são muito comuns em sistemas elétricos

industriais. A partida de motores demanda uma grande quantidade de energia,

com isso gera um grande pico de corrente na partida do motor para magnetizar

o núcleo, e conseguir tirar o rotor da inercia, acelerando a máquina até atingir a

velocidade de operação (DECKMANN, 2017). Com o passar de um intervalo de

tempo, o afundamento vai diminuindo até a tensão se estabilizar novamente.

Esse tempo pode variar muito, no caso das medições realizadas nesse

experimento, foi um intervalo na casa dos segundos.

Há inúmeras maneiras de se reduzir os efeitos do acionamento de

motores na rede elétrica, dessa maneira evitando distúrbios que possam

causar algum dano ao sistema. No caso do afundamento de tensão que foi

verificado nesse experimento, para se reduzir o impacto da partida do motor de

10cv, deve-se limitar a corrente, o que no caso pode prolongar o tempo que o

motor levará para acelerar até a velocidade de operação. Pode-se também,

reduzir a impedância série do alimentador, o que gerará a troca de disjuntores

e cabos (DECKMANN, 2017). Em caso exclusivo de motores CA, a outras

maneiras para se atenuar os transitórios de partida, que é a utilização de

dispositivos para limitar a corrente de partida, como por exemplo:

109

a) Transformadores com derivações, para se usar na partida com tensão

reduzida;

b) Trocar a partida de Y para Δ nominal;

c) Partida com motor a vazio, após a partida aplicar a carga;

d) Usar motor auxiliar para partida;

e) No caso de motor com rotor bobinado, usar reostato de partida de rotor;

f) Soft-starter;

g) Inversor de frequência;

h) Conversor composto por tiristores.

Todos os métodos são eficazes, porem nem sempre podem ser

utilizados, seja por custo elevado, seja porque o motor não permite ou porque a

carga vem acoplada, desta forma impedindo a partida a vazio (DECKMANN,

2017).

4.3 PROCEDIMENTO A SER REALIZADO NO EXPERIMENTO

O aluno deverá proceder da seguinte forma para avaliar os efeitos do

acionamento do motor na rede elétrica do bloco.

4.4 PROCEDIMENTO E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

Para a realização do experimento sobre afundamento de tensão, o aluno

deverá contar com um motor devidamente instalado. Por isso, será utilizado o

motor de WEG de 10cv, instalado no laboratório de Eficiência Energética do

bloco de Eng. Elétrica da UFPR. A figura 94 apresenta as características

técnicas do motor WEG de 10cv.

110

Figura 94: Placa de Identificação de Motor WEG


Para se medir o comportamento do acionamento do motor a rede

elétrica, foi utilizado o medir de qualidade de energia Fluke 434, o qual já foi

citado anteriormente. Primeiramente, foi ligado o Fluke 434 no quadro de

energia presente no laboratório de eficiência energética, do mesmo modo já

representando anteriormente na figura 89 do capitulo 3.7.5.

As ponteiras do Fluke, foram conectadas diretamente na entrada de

alimentação do quadro para avaliar o afundamento de tensão provocado pelo

acionamento do motor.

Em sequência foram repetidas as medidas de afundamento de tensão

no quadro geral do bloco (presente na entrada do primeiro andar do bloco PK),

e no quadro de alimentação da sala/laboratório PK12. As ligações feitas para

se realizar as medidas com o Fluke no quadro geral e no quadro da sala PK12,

foram semelhantes as que foram realizadas no quadro do laboratório de

eficiência. Desta forma, é possível verificar se o distúrbio que afetou o quadro

de alimentação do laboratório se propagou por toda a rede a qual ele está

conectado. As figuras 95 e 96 os momentos em que as medidas foram

coletadas.

111

Figura 95: Quadro de Energia 1, Laboratório de Eficiência


Figura 96: Quadro de Energia 2, Entrada do bloco.


4.5 RESULTADOS OBTIDOS

Para se realizar as medições, foi usado a função DIP e SWELL do

analisador de qualidade de energia Fluke 434. Com essa função é possível

verificar afundamento da tensão (SAG) ou elevação da tensão (SWELL).

Através das medições realizadas com o Fluke 434, foram obtidos os

seguintes resultados para o quadro de energia do laboratório de eficiência, o

quadro de energia da entrada do bloco PK e para o quadro de tomadas da sala

112

PK-12. Estes resultados podem ser vistos nas imagens a seguir e no quadro

18.

4.5.1 Quadro de energia do Laboratório de Eficiência

Figura 97: Afundamento de Tensão.


Quadro 15: Afundamento de Tensão


4.5.2 Quadro de energia entrada do bloco PK.

Figura 98: Afundamento de Tensão




113

4.5.3 Quadro de energia da sala PK12.

Figura 99: Afundamento de Tensão




Quadro 18: Queda de tensão (ΔV(%)).

Fases

Lab. Eficiência Quadro Geral Sala PK12

Tensão no

Quadro 1

(V)

Tensão

mínima na

Partida do

Motor (V)

e(%)

Tensão no

Quadro 2

(V)

Tensão

mínima na

Partida do

Motor (V)

e(%)

Tensão no

Quadro 3

(V)

Tensão mínima

na Partida do

Motor (V)

e(%)

Fase R 125,36 117,08 6,60 127,38 122,06 4,17 128,24 123,1 4,00

Fase S 125,18 116,63 6,83 126,93 122,29 3,65 128,44 123,04 4,20

Fase T 125,74 118,22 5,98 126,98 122,07 3,86 128,66 123,55 3,97


4.5.4 Análise de Resultados

Dispositivos eletrônicos são muito sensíveis a quedas de tensão, por

isso é necessário manter padrões para que não ocorram prejuízos com perdas

de aparelhos e máquinas (CREDER, 2008).

A norma NBR 5410 admite que instalações alimentadas diretamente por

um ramal de baixa tensão, a partir da rede de distribuição elétrica de baixa

tensão fornecida pela concessionária de energia admitem uma queda de

114

tensão de 5%. Já instalações alimentadas por subestação diretamente, a partir

de uma instalação de alta tensão ou que tenham fonte própria, admitem uma

queda de 7% (CREDER, 2008). A figura 100 ilustra melhor a norma:

Figura 100: Quedas de tensão admitido pelo NBR 5410.

Fonte: CREDER (2008).

Verificando os valores de queda de tensão (e(%)), presentes no quadro

18, as quedas de tensão nos quadros de alimentação estão dentro dos limites

permitidos pela norma 5410. Com isso, não se faz necessário fazer o

redimensionamento dos cabos de alimentação.

Caso esses valores de queda de tensão, estivessem fora dos limites

permitidos pela norma 5410, a forma de se dimensionar os cabos seria, através

da equação 2:

� = 2��

�(% )� �∗ (p ∗ �) (2)

Onde:

S= Seção do condutor em mm2;

p= potência consumida em watts;

p= resistividade do cobre = �

��

��∗��

�;

l= comprimento em metros, para circuitos trifásicos é necessário

multiplicar por √�

�= 0,866;

e%= queda de tensão percentual de 100;

V= 127 ou 220 V.

115

Um novo condutor também pode ser determinado por valores tabelados,

como indica o quadro 19:

Quadro 19: Dimensionamento de condutor por soma de potências


Estes estudos de qualidade de energia podem ser muito significativos.

Partindo do pressuposto que grandes quedas de tensões ou quedas acima do

limite de tempo permitido afetam o desempenho de diversos equipamentos

como computadores e iluminação, o assunto poderia ser expandido e novas

discussões poderiam ser abordadas.

Por exemplo, em um cenário em que o fornecimento de energia

estivesse em seu limite mínimo de 117 V, mais um percentual de afundamento

de tensão como detectado na sala PK 12 de 4,2%, poderia afetar algum

equipamento? Desligar algum computador? Reduzir o nível de iluminância de

um ambiente abaixo do estabelecido por norma? Técnicas de acionamentos

resolveriam o problema? Soft Starter? Inversor de frequência? A utilização de

inversor resolveria a questão de afundamento de tensão, mas geraria outros

problemas de qualidade de energia, como o desenvolvimento de harmônicas?

116

5 CONCLUSÂO

No estudo apresentado, foi tratado a respeito da uma reformulação para

utilização de um laboratório que envolve assuntos como eficiência energética,

qualidade de energia e até mesmo geração distribuída. O laboratório em

questão, pertence ao curso de Engenharia Elétrica da UFPR.

Com o desenvolver do trabalho, foi visto que apesar do laboratório se

encontrar em condições desfavoráveis para utilização, ele contém alguns

equipamentos importantes e de boa qualidade para realizar estudos, porém, o

laboratório carece de reparos e manutenção.

O departamento conta com três dispositivos completos para realizar

medidas elétricas, o Analisador de Energia Fluke 434 e dois medidores

PowerMonitor 3000. Estes aparelhos por possuírem grande variedade de

aplicações, acabam proporcionando inúmeras oportunidades para execução de

experimentos.

Uma questão importante a ser observada, é sempre estar a tendo com

erros de medidas e cálculos. Sempre se faz necessário que se tenha a

preocupação com a configuração dos equipamentos e que sempre sejam

realizadas as conexões do modo correto, observado o sentido dos sensores e

sempre ter cuidado para não cometer inversão de fases, como medida de

corrente em uma fase e a tensão de outra.

Também vale salientar a importância da aferição dos equipamentos de

medição. Como os experimentos se baseiam em se realizar medidas de

grandezas elétricas, é muito importante que estes aparelhos estejam

calibrados, para que as medidas sejam realizadas de modo correto, mantendo

o confiabilidade dos experimentos e a precisão necessária para se obter os

resultados dos experimentos.

Com o Fluke 434 e o PowerMonitor 3000 somados aos equipamentos

em funcionamento que laboratório dispõem, como sistema de armazenamento,

bombeamento e aquecimento de água, diferentes métodos para partida de

motores e painéis fotovoltaicos, acaba por disponibilizar uma ótima

oportunidade para execução de boas aulas práticas e experimentais.

117

Algumas questões importantes ainda poderiam ser tratadas, como

manutenção nas instalações elétricas do laboratório, limpeza e manutenção

dos equipamentos e aquisição de equipamentos de baixo orçamento como

Wattímetros, bancadas e sensores.

Com o material disponível foi possível realizar estudos envolvendo

eficiência em iluminação, aquecimento de água por chuveiro elétrico de

passagem e bomba de calor, bombeamento de água e afundamento de tensão.

O método para estudo de eficiência energética envolveu elaboração de IDE’s e

o procedimento para se obter o RCB.

Através dos experimentos estudados, foram elaborados roteiros para

estes estudos. Portanto, assim que houver interesse por parte dos

responsáveis na utilização deste laboratório, práticas para bons estudos já

estão documentadas, ofertando aos alunos uma nova oportunidade de estudo

além das áreas já abordadas pelo curso.

A utilização do laboratório para realização deste trabalho foi satisfatória

para a formação dos autores, pela riqueza de equipamentos fornecidos e pelo

tema abordo. Por fim vale destacar que apesar dos autores terem se envolvido

com uma quantidade satisfatória de experimentos, o laboratório fornece

estrutura para abordar novos temas, principalmente relacionados a geração

distribuída, como os painéis fotovoltaicos disponíveis no laboratório, e

qualidade de energia, como estudos relacionados a harmônicas, afundamentos

causados pela geração dos painéis fotovoltaicos e o Flicker disponível pelo

Fluke 434.

118

BIBLIOGRAFIA A SER UTILIZADA

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ISO 50001 – Sistemas de Gestão de Energia – Requisitos com Orientação para Uso. ABNT NBR ISO 50001:2011. Rio de Janeiro: ABNT, 2011.

ANEEL - AGENCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Manual 2008 Do Programa De Eficiência Energética. Brasília: ANEEL, 2008.

ANEEL - AGENCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Procedimento do Programa de Eficiência Energética - PROPEE. Brasília: ANEEL, 2015.

ANEEL. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST: Módulo 8 – Qualidade da Energia Elétrica. 2016. Disponível em: <http://www.aneel.gov.br/modulo-8>. Acesso em: 12 jun. 2017.

ALLEN BRADLEY. Bulletin 1404 Powermonitor 3000: Catalog Numbers 1404-M4, 1404-M5, 1404-M6, 1404-M8 – User Manual. 2009a. Disponível em: <http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1404-um001_-en-p.pdf >. Acesso em: 11 abr. 2017.

ALLEN BRADLEY. Powermonitor 3000 Master Module: Catalog Numbers 1404-M4, 1404-M5, 1404-M6, 1404-M8 – Instalation Instructions. 2009b. Disponível em: < http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/1404-in007_-en-p.pdf >. Acesso em: 11 abr. 2017.

BARANIUK, James Alexandre. Aplicativos de Simulação de Iluminação. Disponível em: <http://www.eletrica.ufpr.br/~james/Laboratorio V/Luminotécnica/principal.html>. Acesso em: 22 maio 2017.

BORGES, Fabio Maciel; SILVA, Emmanuel Pacheco da. Metodologia de medição e verificação em projetos de gestão energética segundo o protocolo internacional de medição e verificação de performance. 2013. 84 f. Monografia (Especialização) - Curso de Engenharia Elétrica, Eletrotécnica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013.

CABRERA, Daniel et al. Evaluation of energy efficiency program in Geneva. Energy Efficiency, [s.l.], v. 5, n. 1, p.87-96, 22 jan. 2011. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1007/s12053-011-9110-1.

CASTRO, Alexandre Cézar de. Motor de Indução Trifásico (MIT). Salvador: UFBA, 2012. 62 p.

COPEL - COMPANIA PARANAENSE DE ENERGIA. Manual de eficiência energética na indústria. Curitiba: COPEL, 2005.

COPEL (Paraná). Concessionária de Energia (Org.). Dicas de Eficiência Energética. 2016. Disponível em: <http://www.copel.com/hpcopel/root/nivel2.jsp?endereco=/hpcopel/root/pagcopel2.nsf/0/2821db171aad77db032573fb005d4b41>. Acesso em: 22 fev. 2017.

119

FLUKE CORPORATION. Fluke 434-Ii/435-Ii/437-Ii Analisadores De Qualidade De Potência E Energia Trifásicos: Manual do Usuário. 2012. Disponível em: <http://assets.fluke.com/manuals/F430-II_umpor0100.pdf>. Acesso em: 22 fev. 2017.

CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 15. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2008. 443 p.

CORPORATION, Fluke. Downloads de Softwares de qualidade de energia. Disponível em: <http://www.fluke.com/fluke/brpt/support/software/download-de-software-energia-e-qualidade-de-energia.htm>. Acesso em: 20 abr. 2017.

CUBÍ, Eduard; ORTIZ, Joana; SALOM, Jaume. Potential impact evaluation: anex anteevaluation of the Mediterranean buildings energy efficiency strategy. International Journal Of Sustainable Energy, [s.l.], v. 33, n. 5, p.1000-1016, 14 maio 2013. Informa UK Limited. http://dx.doi.org/10.1080/14786451.2013.796945.

DECKMANN, Sigmar Maurer; POMILIO, José Antenor. Avaliação da Qualidade da Energia Elétrica. - Curso de Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2017. 14 f.

DIAL. DIALux evo 7. 2017. Disponível em: <https://www.dial.de/en/software/dialux/download/>. Acesso em: 2 maio 2017.

TORO, Vincent del. Fundamento de Máquinas Elétricas. Rio de Janeiro: Ltc, 1994. 550 p.

ELSLAND, Rainer et al. Turkey’s Strategic Energy Efficiency Plan – An ex ante impact assessment of the residential sector. Energy Policy, [s.l.], v. 70, p.14-29, jul. 2014. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2014.03.010.

EVO – EFFICIENCY VALUATION ORGANIZATION. Protocolo Internacional de Medição e Verificação de Performance – Conceitos e Opções para a Determinação de Economias de Energia e de Água - vol. 1 - EVO 10000 – 1:2012 (Br). Sofia: EVO, 2012.

EPE – EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. “Consumo de Energia no Brasil: Analises Setoriais”. Rio de Janeiro: EPE, 2014.

FEDRIGO, Natália Sens; GONÇALVES, Guilherme; LUCAS, Paulo Figueiredo. Usos Finais de Energia Elétrica no Setor Residencial Brasileiro. 2009. 104 f. Relatório de Iniciação cientifica – Departamento de Engenharia Civil, Laboratório de Eficiência Energética em Edificações, Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2009.

FERRARI, Mario L. et al. Plant management tools tested with a small-scale distributed generation laboratory. Energy Conversion And Management, [s.l.], v. 78, p.105-113, fev. 2014. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2013.10.044.

FU, L. et al. Laboratory research on combined cooling, heating and power (CCHP) systems. Energy Conversion And Management, [s.l.], v. 50, n. 4,

120

p.977-982, abr. 2009. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2008.12.013.

GIACCONE, Antonino et al. An ex post criticism, based on stakeholders’ preferences, of a residential sector’s energy master plan: the case study of the Sicilian region. Energy Efficiency, [s.I], v. 10, n. 1, p.129-149, 13 abr. 2016.

HENRIQUE, Hélio. Motores Trifásicos de CA. Mossoró: IFRN, 2014. 67 p.

ICEL MANAUS. MANUAL DE INSTRUÇÕES DO LUXÍMETRO DIGITAL MODELO LD-550. São Paulo: Icel Manaus, 2008. 9 p. Disponível em: <http://www.icel-manaus.com.br/imagens/produtos/LD-550 Manual.pdf>. Acesso em: 4 jun. 2017.

JOU, Hurng-liahng et al. Operation strategy for a lab-scale grid-connected photovoltaic generation system integrated with battery energy storage. Energy Conversion And Management, [s.l.], v. 89, p.197-204, jan. 2015. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2014.09.069.

UERJ - Laboratório de Engenharia Elétrica. Universidade do Estado do Rio de Janeiro. Curso de Controladores Lógicos Programáveis. Rio de Janeiro: UERJ, 2013. 37 p.

LAQUATRA, Joseph; CARSWELL, Andrew T. Re-assessing the economic and analytical tools that measure and optimize households’ energy-efficiency improvements. Housing And Society, [s.l.], v. 42, n. 3, p.166-178, out. 2015. Informa UK Limited. http://dx.doi.org/10.1080/08882746.2015.1121672.

LUZ, Jeanine Marchiori da. LUMINOTÉCNICA. Campinas: Unicamp, 2013. 36 p. Disponível em: <http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/Luminotecnica.pdf>. Acesso em: 18 maio 2017.

MALUF, Claudio Azer. Desempenho energético e caracterização dos sistemas de aquecimento de água de piscinas. 2010. 129 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Engenharia de Construção Civil e Urbana, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2010.

MMA - MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Guia prático de eficiência energética: reunindo a experiência prática do projeto de etiquetagem: Ministério do Meio Ambiente e Ministério da Cultura. Brasília: MMA, 2014. 93p.

MME – Ministério de Minas e Energia. “Plano Nacional de Energia 2030”. Brasília: MME, 2007.

MORAIS, CecÍlia F. et al. Método prático para a avaliação do impacto da partida direta de motores de indução no afundamento de tensão. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE AUTOMÁTICA, 18., 2010, Bonito. p. 2768 - 2774.

OBERG, Bradley W.; AIA PARTNER; IBACOS. The energy efficiency lab home: examining lighting systems. Energy Design Update, Aspen. 2011.

121

PARAMONOVA, Svetlana; THOLLANDER, Patrik. Ex-post impact and process evaluation of the Swedish energy audit policy programme for small and medium-sized enterprises. Journal Of Cleaner Production, [s.l.], v. 135, p.932-949, nov. 2016. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.06.139.

PROGRAMA NACIONAL DE CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA. Rio de Janeiro, Eletrobrás Disponível em: https://www.eletrobras.com/elb/data/Pages/LUMIS0389BBA8PTBRIE.htm. Acesso em: 22/02/2016.

RÊGO SEGUNDO, Alan Kardek; RODRIGUES, Cristiano Lúcio Cardoso. Eletrônica de Potência e Acionamentos Elétricos. Ouro Preto: E-tec Brasil, 2015. 130 p.

ROCHA, Joaquim Eloir. Interrupções e Variações De Tensão. Curitiba: Utfpr, 2011. 38 p.

SCHNEIDER ELECTRIC BRASIL. Altivar 31: Inversores de freqüência para motores assíncronos. São Paulo: Schneider Electric Brasil Ltda., 2004. 102 p. Disponível em: <http://www2.schneider-electric.com/resources/sites/SCHNEIDER_ELECTRIC/content/live/FAQS/279000/FA279256/pt_BR/ATV31_MANUAL DE PROGRAMAÇÃO_BR.pdf>. Acesso em: 30 maio 2017.

SCHWARTZ, Tobias et al. What People Do with Consumption Feedback: A Long-Term Living Lab Study of a Home Energy Management System. Interacting With Computers, [s.l.], v. 27, n. 6, p.551-576, 5 abr. 2014. Oxford University Press (OUP). http://dx.doi.org/10.1093/iwc/iwu009.

SILVA, Vilson Roiz Gonçalves Rebelo da. Entrevista 2. [Abril 2017]. Entrevistadores: Fernando Alves Pinto. Michel Alexandre Levandoski, 2017. 1 arquivo. Aac (01:18:18 hr). A entrevista na íntegra será apresentada transcrita em Apêndice da monografia.

SPYRIDAKI, Niki-artemis et al. An ex-post assessment of the regulation on the energy performance of buildings in Greece and the Netherlands—a cross-country comparison. Energy Efficiency, [s.l.], v. 9, n. 2, p.261-279, 4 jun. 2015. Springer Nature. http://dx.doi.org/10.1007/s12053-015-9363-1.

TEIXEIRA, Mateus Duarte. Entrevista 2. [Abril 2017]. Entrevistadores: Fernando Alves Pinto. Michel Alexandre Levandoski, 2017. 1 arquivo. Aac (15 min). A entrevista na íntegra será apresentada transcrita em Apêndice da monografia.

VILELA JUNIOR, João Américo. Entrevista 1. [Abril 2017]. Entrevistadores: Fernando Alves Pinto. Michel Alexandre Levandoski, 2017a. 1 arquivo. Aac (32:20 min). A entrevista na íntegra será apresentada transcrita em Apêndice desta monografia.

VILELA JUNIOR, João Américo. Conversão de Energia II. Disponível em: <http://vilela-eletrica.weebly.com/>. Acesso em: 5 jun. 2017b.

122

WEBBER, Phil; GOULDSON, Andy; KERR, Niall. The impacts of household retrofit and domestic energy efficiency schemes: A large scale, ex post evaluation. Energy Policy, [s.l.], v. 84, p.35-43, set. 2015. Elsevier BV. http://dx.doi.org/10.1016/j.enpol.2015.04.020.

WEG. Micro Controlador Programável CLIC-02: Manual do Usuário. Jaraguá do Sul: Weg Equipamentos Elétricos S.a., 2010. 214 p. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-rele-programavel-clic-02-3rd-manual-portugues-br.pdf>. Acesso em: 30 maio 2017.

WEG. Automação: Inversores de Frequência. Jaraguá do Sul: Grupo Weg - Unidade Automação, 2014. 32 p. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-inversores-de-frequencia-10525554-catalogo-portugues-br.pdf>. Acesso em: 30 maio 2017.

WEG. Automação: Controladores Lógicos Programáveis - CLPs Relé Programável. Jaraguá do Sul: Grupo Weg - Unidade Automação, 2015. 28 p. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-controladores-logicos-programaveis-clps-10413124-catalogo-portugues-br.pdf>. Acesso em: 30 maio 2017.

WEG. CFW500: Inversor de Frequência. Jaraguá do Sul: Grupo Weg - Unidade Automação, 2016. 24 p. Disponível em: <http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-inversor-de-frequencia-cfw500-50036035-catalogo-portugues-br.pdf>. Acesso em: 30 maio 2017.

123

APENDICE A – ROTEIRO BÁSICO POWERMONITOR 3000

SETOR DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENG. ELETRICA DISCIPLINA DE LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Roteiro Básico para utilização do PowerMonitor 3000

Este roteiro abordará utilização básica com o PowerMonitor 3000,

envolvendo as configurações do equipamento, a instalação e medidas de

tensão, corrente, potência e energia, utilizando lâmpadas na sala PK-12 bloco

de Engenharia Elétrica da UFPR.

Objetivos

Apresentar ao aluno o Medidor de Energia Power Monitor 3000 da Allen

Bradley.

Coletar medidas de tensão, corrente, fator de potência, potência e

frequência da rede elétrica.

Fazer a comunicação do equipamento com o computador, para transferir

os dados coletados.

Acessar o equipamento remotamente, configurando-o com a ajuda de

um modem a uma rede de internet.

Montagem do equipamento.

Primeiro passo a se seguir é verificar e anotar a relação de

transformação dos TC’s e em seguida pode-se iniciar a montagem e as

conexões conforme a figura 1. Os cabos indicados na cor azul, são cabos já

124

fixados no equipamento, representando a conexão dos terminais secundários

dos TC’s ao PowerMonitor 3000 e os terminais de tensão e alimentação aos

bornes da placa. Os cabos representados na cor verde, são cabos referentes

as tensões para alimentação do medidor, que pode ser 127/220V, e para os

sensores de tensão na carga. Por último os cabos representados na cor

vermelha, serão os cabos utilizados para alimentação das cargas, sendo cada

lâmpada em uma fase e um neutro, formando uma carga conectada em Y.

125

Figura 1: Diagrama de Ligação


126

Importante notar que os cabos utilizados para alimentação das cargas

devem ser passados pelo centro dos TC’s, sendo utilizado como enrolamento

primário para os TC’s, forçando uma corrente no terminal secundário

estabelecida pela relação de transformação dos TC’s, que será tratada no

medidor.

Configuração do equipamento.

Ao ligar o PowerMonitor 3000 será necessário realizar algumas

configurações, para isto utilize as setas cima/baixo para navegar, tecla Enter

para confirmar e Esc para voltar.

Em primeiro momento haverá duas opções, DISPLAY e PROGRAM,

acesse PROGRAM. Depois de acessar o menu de PROGRAM selecione o

tópico BASIC, neste item será possível entrar com os parâmetros dos TC’s,

TP’s e modo de conexão.

Figura 2101:Estrutura do menu de programação


Para Aplicações em baixa tensão não é necessário a utilização de TP’s,

por isso, nos parâmetros PT.PRIM e PT.SEC configure a tensão diretamente

conectada (220V). Em CT.PRIM deve ser inserido a corrente anotada do

127

primário dos TC’s (75A) e CT.SEC a corrente de secundário (5A). Ainda nas

configurações básicas deve-se realizar a configuração do modo de conexão, vá

em WIRE MODE selecione a opção WYE.

Após estas configurações serem realizadas, utilize a tecla Esc duas

vezes para retornar ao primeiro nível, mas desta vez seleciona a opção

DISPLAY. Na opção DISPLAY será possível visualizar as medidas desejadas

de tensão, corrente, potência e energia. Acesse cada uma delas e preencha o

quadro 1.

Quadro 1: Valores coletados do PowerMonitor 3000

Fase Tensão (V) Corrente (A) Potencia (W) Energia (Wh)

R S T N

R

S

T


Acesso Remoto

Para obter o acesso remoto e coletar os dados utilizando um navegador

desejado em um computador, deve-se utilizar um “patch Cord” rj45 no

PowerMonitor 3000 para conectar o medidor e o computador desejado a uma

mesma rede. Assim, será necessário a utilização de um modem e para facilitar,

deve-se utilizar a rede já configurada modem.

Para identificar o IP do modem, basta ligar e conectar o computador a

esse modem, seja via wireless ou por cabo rj45. Abra o “prompt de comando” e

digite “ipconfig” e de Enter. A rede configurada do modem será identificada

como Gateway Padrão, como mostrado na imagem 2:

128

Figura 3: Prompt de Comando


No exemplo da figura 2 o Gateway Padrão foi 172.31.0.3, agora basta

configurar um IP no medidor apenas alterandoapenas o ultimo digito, por

exemplo, 172.31.0.7.

Atenção, estes endereços IP’s representam apenas um exemplo,

para cada caso deve-se seguir o procedimento e verificar os IP’s

particulares.

Para configurar o endereço IP no medidor, retorne ao nível PROGRAM,

mas desta vez acesse NATIVE COMM. e em seguida PROTOCOL. Em

PROTOCOL os 4 primeiros itens representam exatamente a sequência dos

parâmetros de IP. Então para o exemplo criado a cima basta inserir 172 no

primeiro parâmetro, 31 no segundo, 0 no terceiro e 7 no quarto parâmetro.

Feito isso basta digitar no navegador o número de IP configurado no medidor,

assim será possível realizar o acesso remoto e realizar a coleta de novos

dados, como na figura 3.

129

Figura 4: PowerMonitor 3000, Web page (b).


Refaça as medidas para os valores coletados na Web page.

Quadro 1: Valores coletados do PowerMonitor 3000


R S T N

R

S

T


129

APENDICE B – ROTEIRO BÁSICO FLUKE 434


Roteiro Básico para utilização do Fluke 434

Este roteiro abordará utilização básica com o Fluke 434, envolvendo as

configurações do equipamento, a instalação e medidas de tensão, corrente,

potência e energia, utilizando lâmpadas na sala PK-12 bloco de Engenharia

Elétrica da UFPR.

Objetivos

Apresentar ao aluno o Analisador de Qualidade de Energia Fluke 434.

Coletar medidas de tensão, corrente, fator de potência, potência e

frequência da rede elétrica.

Fazer a comunicação do equipamento com o computador, para transferir

os dados coletados.

Montagem do equipamento.

Primeiro passo a se seguir é iniciar a montagem e as conexões

conforme a figura 1. Os cabos representados na cor vermelha, serão os cabos

utilizados para alimentação das cargas, sendo cada lâmpada em uma fase e

um neutro, formando uma carga conectada em Y. Os cabos indicados na cor

preta, são os cabos que representam as ponteiras relacionadas a fase R,

sendo a superior destinada para tensão onde será utilizada uma ponteiro tipo

130

“jacaré” e o cabo mais abaixo destinado para corrente, utilizando o TC de

núcleo partido. Seguindo a mesma orientação da fase R os cabos vermelhos

representam a fase S, os cabos azuis a fase T e os cabos cinzas para o neutro.

131

Figura 1: Diagrama de Fiação Básico, Fluke 434.


132

Importante notar que os cabos utilizados para alimentação das cargas

devem ser passados pelo centro dos TC’s, sendo utilizado como enrolamento

primário para os TC’s, forçando uma corrente no terminal secundário

estabelecida pela relação de transformação dos TC’s, que será tratada no

medidor.

Configuração do equipamento.

O Fluke é um dispositivo de fácil manuseio e intuitivo. Através de seus

botões é possível alterar configurações, cablagem, e selecionar a aplicação

desejada no menu de funções. Para realizar medidas de tensão e corrente

basta acessar o menu e selecionar VOLT/AMP/HZ, e POTENCIA E ENERGIA

para as demais medidas como mostrado na figura 2:

Figura 2: Potência e Energia


No quadro 1 preencha os valores medidos no display do Fluke.

Quadro 1: Valores coletados no Fluke 434.


R S T N

R

S

T


133

Comunicação

Para utilizar o Fluke 434 em conjunto com um computador, é necessário

a utilização da interface óptica RS-232, figura 3. Então é necessário ajustar a

taxa de transmissão no dispositivo Fluke 434 e no computador utilizando

FlukeView ou PowerLog para serem compatíveis. Para realizar o ajuste no

Fluke 434 deve ser acessado o Setup, com a tecla F4 – PREFERENCIA DE

USUÁRIO, em seguida RS-232, com as setas cima/baixo selecionar a taxa de

transmissão e confirmar com a tecla Enter. Para realizar o ajuste pelo

FlukeView basta abrir o programa, selecionar a porta USB utilizada e

selecionar a mesma taxa de transmissão configurada no Fluke 434, figura 4.

Figura 3: Conexão Fluke 434 e Computador.


Figura 4: Config. Taxa de Transmissão, FlukeView.


134

Após a comunicação estabelecida será possível utilizar as ferramentas

Display Instrument Screen, Display Voltage and Current Waveform,Dislay

Tremd, Display Spectrum e Display Dataset para obter as imagens do display

no computador.

135

APENDICE C – ROTEIRO AQUECIMENTO DE ÁGUA


Roteiro sobre o experimento com Bomba de Calor

Neste roteiro será o tema bomba de calor, para a realização do

experimento foi utilizado o mecanismo de bomba de calor presente no

Laboratório de Eficiência Energética do bloco de Engenharia Elétrica da UFPR.

Objetivos

Estudar o funcionamento do equipamento de aquecimento bomba de

calor, verificando se é possível a bomba esquentar a água, a uma

temperatura maior que a temperatura ambiente.

Medir o consumo de energia e medir o ganho de temperatura da bomba

de calor e do chuveiro para coletar dados para realizar cálculos de IDE.

Como funciona a Bomba de Calor?

O mecanismo presente na bomba de calor, usa de um ciclo de

refrigeração para transportar o calor presente no ar ambiente para a água de

um reservatório (MALUF, 2010).

A bomba de calor possui um fluido de refrigeração em estado gasoso,

que circula por um circuito pressurizado por um compressor. Ao lado a

descarga do compressor, o fluido muito quente em estado gasoso começa a

ser resfriado entrando em contato com a agua do reservatório em um trocador

de calor, chamado de condensador, desta forma condensando em um liquido

de alta pressão e temperatura moderada. Após sair do condensador, o liquido

passa por um dispositivo o qual irá diminuir sua pressão, chamado de válvula

136

da expansão. Após ter a pressão diminuída, o fluido liquido passa por outro

trocador de calor, o evaporador, no qual irá em contato com o ar do ambiente

evaporar-se, desta forma conseguirá absorver o calor do ambiente. Tendo

comprido todas essas etapas, o fluido retorna ao compressor e começa-se

outro ciclo. Desta forma, a bomba é capaz de captar o calor do ar ambiente, e

conseguirá esquentar a água presente no reservatório, que pode vim a ser um

boiler ou costumeiramente mais usada em piscinas, como apresentado na

figura 1.

Figura 1: Esquema de funcionamento de uma bomba de calor.

Fonte: Maluf (2010).

Procedimento Experimental

Para realização do experimento é necessário contar com uma bomba de

calor devidamente instalada, por isso foi utilizado para realizar as medições

que fazem parte desse experimento, a bomba presente no Laboratório de

Eficiência.

Cuidados

*Esse experimento será realizado com equipamento em níveis de

tensão de 220/127 V e acionamento do equipamento no quadro de geral

do laboratório, por isso os alunos só deverão prosseguir com o

experimento se estiverem sobre supervisão de algum técnico responsável

ou professor gestor da matéria.

137

Materiais e equipamentos utilizados

Bomba de calor;

Reservatório de água;

Chuveiro;

Recipiente para água de 30 litros;

Analisador de qualidade de energia Fluke 434;

Medidor de energia Power Monitor 3000 Allen Bradley;

Termopar.

Para a realização do experimento foi utilizado a bomba de calor,

conforme a figura 2, que está instalada no Laboratório de Eficiência Energética.

O sistema de instalação da bomba conta com um reservatório apresentado na

figura 3 de água de 150 litros, o qual se encontra na torre de água do bloco de

elétrica, a 4 metros de altura, e uma distância de 6 metros da bomba térmica. A

água utilizada durante todo o experimento é oriunda da chuva, captada através

de um sistema de calhas, as quais enchem um reservatório de água de

aproximadamente 1000 litros, que se encontra a uma altura de 70 cm em

relação ao chão. Com auxílio de motores que funcionam como bombas, essa

agua armazenada no primeiro reservatório, é bombeada para outro

reservatório, que se encontra a 5 metros de altura, no alto da torre de água do

bloco de elétrica. Esse segundo reservatório, abastece o reservatório de 150

litros, o qual a bomba de calor irá esquentar a água ali armazenada.

138

Figura 2: Bomba de Calor


Figura 3: Boiler, 150 litros

Fonte: Autor (2017).

Para uma melhor análise dos dados obtidos da bomba de calor, será

necessário realizar outro experimento. Com o auxílio de uma ducha Lorenzetti

220v/4800w, será comparado o ganho de temperatura, a energia consumida e

a eficiência da bomba de calor com relação ao chuveiro.

Como foi mencionado anteriormente, será necessário avaliar o

desempenho de um chuveiro. Para se avaliar a ducha Lorenzetti, será utilizada

a estrutura disponível para instalação de chuveiros do Laboratório de Eficiência

Energética. A água que irá alimentar o chuveiro, é proveniente do reservatório

que se encontra a 5 metros de altura na torre de água do bloco de Engenharia

Elétrica.

Coleta e Análise de dados para a Bomba de Calor

139

Com o auxílio do Analisador de Qualidade de Energia Fluke 434 que

deverás ser ligado diretamente na bomba de calor, será possível coletar os

dados de tensão, corrente, potência da bomba de calor.

140

Figura 4: Diagrama de Fiação Bomba de Calor.


141

Os valores de tensão (V), corrente (A), potência (kW) e consumo (kWh)

da bomba de calor devem ser anotados no quadro 1, presente no final do

roteiro. No quadro 1, também dever anotado o ganho de temperatura da bomba

de calor, o qual deverá ser medido na saída da água da bomba com o auxílio

do multímetro, com a função termômetro (figura 5). A medida deve ser

realizada diretamente na saída de água quente desta forma, evita-se perdas de

calor para canos e entrada de água fria no reservatório. Deve-se anotar valor

de temperatura da água fria (água antes de passar pela bomba de calor), e da

temperatura do ar ambiente.

Figura 5: Medida de Temperatura, Bomba de Calor


142

Coleta e Análise de dados para o chuveiro

Para coletar os dados de tensão, corrente e potência do chuveiro, foi

utilizado o Power Monitor 3000. Que foi ligado da seguinte maneira com

representado na figura 6:

143

Figura 6: Diagrama de Fiação para chuveiro.


144

Através do Power Monitor 3000 deve ser coletado os valores de tensão

(V), corrente (A), potência (kW) e consumo (kWh, este valor de consumo é

mostrado diretamente no display) do chuveiro devem ser anotados no quadro

1, presente no final do roteiro. No quadro 1, também dever anotado o ganho de

temperatura do chuveiro, o qual deverá ser medido na saída da água do

chuveiro com o auxílio do multímetro, com a função termômetro, a medida deve

ser realizada diretamente na saída, para se evitar perda de calor da água para

o ar ambiente. Deve-se anotar valor de temperatura da água fria (água antes

de ligar o chuveiro), e da temperatura do ar ambiente.

Para se avaliar qual sistema é mais eficiente, chuveiro ou bomba de

calor deve se usar o método IDE (Indicador de Desempenho Energético

(Wh/l°C)), o qual deve ser calculado seguindo a Eq(1):

�� =��(��)

��(�)∗(�� (°�)�� (°�)

O valor de IDE pode ser interpretado da seguinte forma, quanto menor

ele for mais eficiente é o sistema, pois ele indica que quanto mais baixo for o

valor menos energia ele está consumindo.

Quadro 1: Tabela contém todos os valores medidos

Método de aquecimento

Tensão (V)

Corrente (A)

Consumo (KWh)

Temperatura (°C) Volume (l)

IDE (Wh/l°C)

Inicial Final Gradiente


150


150

Chuveiro (5min)

30


(1)

145

APENDICE D – ROTEIRO AFUNDAMENTO DE TENSÃO


ROTEIRO SOBRE AFUNDAMENTO DE TENSÃO (SAG)

O seguinte roteiro tem por objetivo estudar os efeitos do acionamento de

um motor de 10cv na rede elétrica do bloco de Eng. Elétrica da UFPR. Serão

coletadas medidas, para maior compreensão dos distúrbios que o referido

acionamento pode causar.

* Esse experimento será realizado com equipamento em níveis de





Objetivos

Verificar quais efeitos acionamentos de motores podem causar na rede

elétrica do bloco.

Demonstrar um entendimento sobre os vários tipos de distúrbios da

tensão nas redes elétricas de distribuição que podem afetar a operação

de um equipamento elétrico sensível.

Medir os distúrbios (SAG e SWELL) e verificar se os efeitos deles na

rede elétrica estão dentro da norma da ANEEL.

146

Afundamento de Tensão (SAG)

Afundamento de tensão (SAG) é caracterizado quando o valor eficaz da

tensão for igual 0,1 pu ou inferior a 0,9 pu, com duração superior ou igual a um

ciclo e inferior a três minutos (ANEEL, 2016). Os afundamentos de tensão

podem ser causados por acionamentos de grandes motores, correntes de

inrush de transformadores e faltas ou defeitos na rede elétrica dos

distribuidores de energia. Esses distúrbios de tensão podem causar danos em

dispositivos eletrônicos que fazem parte de inúmeros equipamentos, como

computadores e máquinas (ROCHA, 2011).

Elevação de Tensão (SWELL)

A elevação de tensão (SWELL) se caracteriza quando o aumento do

valor eficaz da tensão for superior a 1,1 pu, e duração superior ou igual a um

ciclo e inferior a 3 minutos (ANEEL, 2016). Elevações na tensão são causadas

por faltas monofásicas (curto-circuito fase-terra) no sistema da rede elétrica. A

fase em curto tem a tensão reduzida enquanto as outras duas tem a sua

tensão elevada. A elevação da tensão pode causar danos em equipamentos e

máquinas, pois podem causar o desligamento de supressores de tensão, o que

pode causar perdas de inúmeras formas (ROCHA, 2011).

Procedimento e Equipamentos utilizados

Para a realização do experimento sobre afundamento de tensão, o aluno

deverá contar com um motor devidamente instalado. Por isso, será utilizado o

motor de WEG de 10cv, instalado no laboratório de Eficiência Energética do

bloco de Eng. Elétrica da UFPR. A figura 1 apresenta as características

técnicas do motor WEG de 10cv.

147

Figura 1: Placa de Identificação de Motor WEG


Para estudar o comportamento do acionamento do motor, será utilizado

o medidor de qualidade de energia Fluke 434, o qual já foi citado

anteriormente. Primeiramente, foi ligado o Fluke 434 no quadro de energia

presente no laboratório de eficiência energética, pois o motor de 10cv estava

recebendo alimentação proveniente desse quadro, figuras 2 e 3:

148



149

Figura 3: Quadro de Energia 1, Laboratório de Eficiência


Resultados Obtidos

A forma de onda, os valores de tensão máxima e mínima obtidos com o

acionamento do motor de 10cv devem ser desenhados ou colados nos quadros

1,2 e 3. Lembrando que devem ser medidos os valores de SAG e SWELL nos

três locais indicados no roteiro, para poder compreender de uma melhor forma

os efeitos do acionamento do motor de 10cv na rede elétrica do bloco de

Engenharia Elétrica.

150

Quadro 1: Forma de onda resultante do acionamento do motor de 10cv, Q1.

Quadro 2: Forma de onda resultante do acionamento do motor de 10cv, Q2.

Quadro 3: Forma de onda resultante do acionamento do motor de 10cv, Q3

151

No quadro 4 devem ser anotados os valores de tensão medidos nos

quadros de alimentação antes de se acionar o motor, e os valores referentes

ao afundamento de tensão:

Quadro 4: Valores tensão medidos nas três fases dos quadros de alimentação.

Fases

Lab. Eficiência Quadro Geral Sala PK12

Tensão no

Quadro 1

(V)

Tensão

mínima na

Partida do

Motor (V)

e(%)

Tensão no

Quadro 2

(V)

Tensão

mínima na

Partida do

Motor (V)

e(%)

Tensão no

Quadro 3

(V)

Tensão mínima

na Partida do

Motor (V)

e(%)

Fase R

Fase S

Fase T

Análise de Resultados

Dispositivos eletrônicos são muito sensíveis a quedas de tensão, por

isso é necessário manter padrões para que não ocorram prejuízos com perdas

de aparelhos e máquinas (CREDER, 2008).

A norma NBR 5410 admite que instalações alimentadas diretamente por

um ramal de baixa tensão, a partir da rede de distribuição elétrica de baixa

tensão fornecida pela concessionária de energia admitem uma queda de

tensão de 5%. Já instalações alimentadas por subestação diretamente, a partir

de uma instalação de alta tensão ou que tenham fonte própria, admitem uma

queda de 7% (CREDER, 2008). A figura 3 ilustra melhor a norma:

Figura 4: Quedas de tensão admitida pela NBR 5410.


152

Com o auxílio do responsável pelo laboratório verifique o diâmetro do

cabo utilizado no quadro de alimentação do Laboratório de Eficiência

Energética, e faça o dimensionamento de um novo quadro, que em teoria

possa diminuir o impacto do acionamento do motor de 10cv.

Caso esses valores de queda de tensão, estejam fora dos limites

permitidos pela norma 5410, deve se dimensionar os novos cabos, através da

equação 1:

� = 2��

�(% )� � ∗ (p ∗ �) (1)

Onde:

S= Seção do condutor em mm2;

p= potência consumida em watts;

p= resistividade do cobre = �

��

��∗��

�;

l= comprimento em metros, para circuitos trifásicos é necessário

multiplicar por √�

�= 0,866;

e%= queda de tensão percentual de 100;

V= 127 ou 220 V;

O dimensionamento de um novo condutor pode ser realizado com

valores tabelados, como apresentado no quadro 5:

153

Quadro 5: Soma das potências em Watts x Distância em metros para V=220V.


154

APENDICE E – ROTEIRO ACIONAMENTO DE MOTORES


Roteiro sobre Acionamento de Motores

Neste roteiro será abordado o tema acionamento de motores de indução

trifásicos, para a realização do experimento foi utilizado o conjunto de motores

presentes no Laboratório de Eficiência Energética do bloco de Engenharia

Elétrica da UFPR.

Objetivos

Medir os valores de tensão, corrente e potência para todos os motores.

Verificar qual o tipo de acionamento e motor é mais eficiente para

bombear água de um reservatório para o outro.

Mostrar como o tipo de ligação pode influenciar no desempenho de

motores de indução.

Verificar o conceito de IDE para cada motor.

Motores de indução trifásicos (MIT)

Motores de indução trifásicos (MIT) se caracterizam por serem máquinas

com excitação única. Tais máquinas sejam equipadas tanto com enrolamento

de campo, como um enrolamento de armadura, normalmente a fonte de

energia é conectada ao enrolamento de campo (TORO, 1999). As correntes

que circulam pelo enrolamento de armadura surgiram por indução, o cria uma

distribuição ampere-condutor que interagem com a distribuição de campo para

criar torque (TORO,1999). A frequência da corrente induzida no condutor é

155

relacionada com a velocidade do rotor a qual está conectada, já a frequência

da corrente da armadura é relacionada com a distribuição da ampere-condutor

da distribuição de campo. Através dessas condições a máquina indução é

capaz de produzir torque abaixo da velocidade de operação síncrona, desta

forma é classificada como maquina assíncrona (TORO,1999).

Motores de indução apresentam- se ultimamente como boas alternativas

para acionamentos controlados, pois apresentam algumas características que

lhes dão vantagens sobre motores de corrente continua, como: motores de

indução são mais baratos que motores CC, manutenção dos motores mais

simples, consomem menos energia para acelerar e frenar, são mais velozes

com isso geram potências maiores. A grande desvantagem de motores MIT em

relação aos CC, é que os motores trifásicos de indução têm dependência entre

fluxo e a tensão do estator, o que não ocorre em motores CC com excitação

independente, este fato limita a faixa de variação do motor quando controlado

por variação da tensão do estator (CASTRO, 2012).

O grande trunfo do MIT é sua simplicidade, robustez, baixo custo de

fabricação e boas características de funcionamento. Todas características são

resultantes do fato do rotor ser uma unidade alto suficiente que não necessita

de conexões externas. O nome motor de indução se dá ao fato de se serem

induzidas correntes alternadas no seu rotor, pelo campo girante produzido

pelas bobinas do estator (HENRIQUE, 2014).

Os motores de indução trifásico, possuem os seguintes métodos de

partida: direta, estrela-triângulo, série-paralela, chave compensadora,

eletrônica, por resistor, por reator primário, partida com frequência variável

(VILELA JUNIOR, 2017b).

Procedimento Experimental

Para realização do experimento é necessário contar com um conjunto de

motores devidamente instalados, por isso foi utilizado para realizar as

medições que fazem parte desse experimento, os motores de 10cv com partida

direta, o motor de 4cv com partida direta, o motor de 4cv com partida estrela-

triângulo e o motor de 4cv com partida com inversor, presentes no Laboratório

de Eficiência.

156

Materiais e equipamentos utilizados

a) Motor WEG de 10cv partida direta;

b) Motor WEG de 4cv partida direta;

c) Motor WEG de 4cv partida estrela-triângulo;

d) Motor WEG de 4cv partida com inversor;

e) 2 Reservatórios de água de 1000 litros;

f) Régua para medir nível da água;

g) Analisador de qualidade de energia Fluke 434.

Procedimento para coleta de Dados

O experimento deve ser realizado da seguinte forma, um por um cada

motor foi ligado para verificar o consumo de energia para bombear água do

reservatório de água da chuva, abastecido com água da chuva de 1000 litros

localizado na parte inferior da torre de água, localizada no bloco de Engenharia

Elétrica da UFPR, até o reservatório de 1000 litros, localizado na parte superior

da torre, a distância dos dois reservatórios é de aproximadamente 4 metros.

Primeiramente deve ser ligado o motor de 10cv, e deixar que ele bombeie a

água do reservatório localizado mais abaixo da torre de água para o

reservatório localizado na parte superior da torre, não se deve bombear toda a

água do reservatório, pois a muita sujeira no fundo do reservatório, o que

poderia prejudicar na medida. Enquanto, o motor estiver ligado deve-se deixar

o Fluke 434 em funcionamento para medir o consumo de energia, o Fluke deve

ser ligado diretamente no quadro de energia do laboratório figura 1, desta

forma é possível verificar o consumo de energia do motor.

157



158

Com o auxílio de uma régua, deve-se medir o tamanho da coluna de

água que o motor de 10cv irá bombear, através da equação (1) pode se

calcular quantos litros de água foram bombeados, o valor de litros de água

deverá ser preenchido no quadro 5, presente no final do roteiro.

�� = ��. ℎ. 1000

* Esse experimento será realizado com equipamento em níveis de





Análise de Dados

Nos quadros a seguir devem ser colocados os prints das telas do Fluke

434 para o acionamento dos 4 motores:

Quadro 1: Potências e energia consumida para o motor de 10cv partida direta

(1)

159

Quadro 2: Potências e energia consumida para o motor de 4cv partida direta

Quadro 3: Potências e energia consumida para o motor de 4cv partida estrela-triângulo.

Quadro 4: Potências e energia consumida para o motor de 4cv partida com inversor de frequência.

A seguir deve ser e preenchida a tabela para melhor compreensão dos

valores medidos, tanto de energia consumida como de litros bombeados de um

reservatório de água para o outro.

160

Quadro 5: Valores medidos de energia com o auxílio do fluxo e litros bombeados calculados com o auxílio da Eq(1).

Motor Tempo de funcionamento

(seg) Energia consumida

(kWh) Volume bombeado

(l)

IDE (Wh/l)

10cv partida direta

4cv partida direta

4cv partida Y-Δ

4cv partida com inversor


Com os resultados da tabela 1 verificar qual motor e método de partida é

mais eficiente para bombear água de um reservatório para outro.

161

APENDICE F – ROTEIRO LUMINÁRIAS


Roteiro sobre Luminotécnica Opção I


procedimento de ex post em um sistema de luminárias. Deverá ser utilizada a


Observação: As medições no laboratório devem ser realizadas no período

noturno ou fim de tarde para minimizar os efeitos da luz natural, que podem

influenciar nas medidas.

Objetivos

Criar prática de operação com simuladores e medidores de energia.

Comparar valores de luminância simulados no Dialux e valores medidos

com o luxímetro no laboratório.

Estudar o consumo de energia para 2 lâmpadas, uma lâmpada e refletor

Led. Verificar corrente e tensão para cada caso.

Software Dialux





externo (BARANIUK, 2017). Neste projeto utilizou-se a versão Dialux 4.12.,

disponível em https://www.dial.de/en/dialux/download/?no_cache=1.

162

Com o software devidamente instalado, deverá ser simulado o ambiente

do laboratório, respeitando as dimensões, objetos presentes, altura a qual as

luminárias serão instaladas e plano de trabalho (nível da bancada).

Simulado o ambiente, deve clicar na opção CALCULAR do software,

após ir na opção RESUMO para se verificar os valores calculados de

iluminância.

Materiais utilizados:


4 Lâmpadas 28W.

Refletor de Led 20W.

Cabos para ligação.

Interruptor simples.

Equipamentos utilizados para medição:

Medidor de Energia Power Monitor 3000 da Allen Bradley.

Luxímetro LD-550 da ICEL Manaus.

Multímetro.

Montagem

As lâmpadas devem ser colocadas devidamente da forma correta nas

luminárias, o professor ou técnico do laboratório podem ajudar em algum caso

de dúvida. Após a montagem das luminárias, deve se instalar as mesmas no

local adequado do laboratório.

Após montagem com as luminárias ser finalizadas, deve se coletar os

dados reais com o auxílio do Power Monitor 3000.

Montagem com o Power Monitor

O Power Monitor deve ser instalado da seguinte forma:

163

Figura 1: Forma de instalar o Power Monitor 3000.


164

Procedimento Experimental e Análise de Dados

Após montagem ser finaliza, deve se acender a luminárias e com o

auxílio do PowerMonitor 3000 deverão ser recolhidos os valores de tensão,

corrente, frequência da rede, potência da luminária e consumo (o qual é

fornecido diretamente no display do medidor). Os valores devem ser anotados

para preencher quadro 1.

A experiência deve ser repetida substituindo as duas luminárias por

apenas uma luminária, que por final deve ser substituída pelo refletor Led de

20W.

Quadro 1: Quadro deve ser preenchido com valores obtidos na leitura do medidor Power Monitor 3000 e dados recolhidos no software Dialux.

Luminárias Tensão R (V) Corrente R (A) Potencia (W) Consumo

(kWh) Iluminância

Fornecida(lux)

Duas Luminárias

Uma Luminária

Led


No quadro 1, há uma coluna (Iluminância medida em lux) a qual deverá

ser medida com o auxílio do Luxímetro LD-550 da ICEL Manaus (disponível no

departamento de Eng. Elétrica). Deve-se fazer medidas em pontos em cima da

bancada de trabalho. Deve se coletar 6 medidas e preencher a tabela 1 e se

fazer a média das iluminâncias dos três casos.

Quadro 2: Valores das iluminâncias coletadas na bancada do laboratório


Os valores simulados deverão ser preenchidos em casa, com o auxílio

do DIALUX. Assim será possível comparar os valores medidos no laboratório

com o auxílio do luxímetro, com os valores simulados pelo software.


Iluminância


Média

165

*Lembrando que as dimensões do laboratório e o plano de trabalho

devem ser respeitados.

166

APENDICE G – ROTEIRO LUMINÁRIAS 2


Roteiro sobre Luminotécnica Opção II


procedimento de ex post em um sistema de luminárias. Deverá ser utilizada a


Observação: As medições no laboratório devem ser realizadas no período

noturno ou fim de tarde para minimizar os efeitos da luz natural, que podem

influenciar nas medidas.

Objetivos

Criar prática de operação com simuladores e medidores de energia.

Comparar valores de luminância simulados no Dialux e valores medidos

com o luxímetro no laboratório.

Estudar o consumo de energia para 2 lâmpadas, uma lâmpada e refletor

Led. Verificar corrente e tensão para cada caso.

Software Dialux





externo (BARANIUK, 2017). Neste projeto utilizou-se a versão Dialux 4.12.,

disponível em https://www.dial.de/en/dialux/download/?no_cache=1.

167

Com o software devidamente instalado, deverá ser simulado o ambiente

do laboratório, respeitando as dimensões, objetos presentes, altura a qual as

luminárias serão instaladas e plano de trabalho (nível da bancada).

Simulado o ambiente, deve clicar na opção CALCULAR do software,

após ir na opção RESUMO para se verificar os valores calculados de

iluminância.

Materiais utilizados:


4 Lâmpadas 28W.

Refletor de Led 20W.

Cabos para ligação.

Interruptor simples.

Equipamentos utilizados para medição:

Analisador de Qualidade de Energia Fluke 434.

Luximetro LD-550 da ICEL Manaus.

Multímetro.

Montagem

As lâmpadas devem ser colocadas devidamente da forma correta nas

luminárias, o professor ou técnico do laboratório podem ajudar em algum caso

de dúvida. Após a montagem das luminárias, deve se instalar as mesmas no

local adequado do laboratório.

Após montagem com as luminárias ser finalizadas, deve se coletar os

dados reais com o auxílio do Fluke 434.

-Montagem com o Power Monitor

O Fluke 434 deve ser instalado da seguinte forma:

168

Figura 1: Diagrama de ligação, Fluke 434.


169

Procedimento Experimental e Análise de Dados

Após montagem ser finaliza, deve se acender a luminárias e com o

auxílio do Fluke 434 deverão ser recolhidos os valores de tensão, corrente,

frequência da rede, potência da luminária e consumo (o qual é fornecido

diretamente no display do medidor). Os valores devem ser anotados para

preencher quadro 1.

A experiência deve ser repetida substituindo as duas luminárias por

apenas uma luminária, que por final deve ser substituída pelo refletor Led de

20W.

Quadro 1: Quadro deve ser preenchido com valores obtidos na leitura do medidor Power Monitor 3000 e dados recolhidos no software Dialux.

Luminárias Tensão R (V) Corrente R (A) Potencia (W) Consumo kWh Iluminância

Fornecida(lux)

Duas Luminárias

Uma Luminária

Led


No quadro 1, há uma coluna (Iluminância medida em lux) a qual deverá

ser medida com o auxílio do Luxímetro LD-550 da ICEL Manaus (disponível no

departamento de Eng. Elétrica). Deve-se fazer medidas em pontos em cima da

bancada de trabalho. Deve se coletar 6 medidas e preencher o quadro 2 e se

fazer a média das iluminâncias dos três casos.

Quadro 2: Valores das iluminâncias coletadas na bancada do laboratório


Os valores simulados deverão ser preenchidos em casa, com o auxílio

do DIALUX. Assim será possível comparar os valores medidos no laboratório

com o auxílio do luxímetro, com os valores simulados pelo software.


Iluminância


Média

170

*Lembrando que as dimensões do laboratório e o plano de trabalho

devem ser respeitados.

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