Em pauta
64
Medição e eficiência energética
Importância da medição
de energia para a
eficiência energética
Elaborado por César Lapa, Marco Antonio Saidel e Katia Gregio Di Santo
INTRODUÇÃO
A eficiência energética destaca-se cada vez mais no cenário brasileiro por contribuir com a redução da demanda
futura por energia elétrica, consequentemente reduzindo
impactos ambientais e sociais advindos da necessidade da
implantação de grandes projetos de geração de energia.
Neste contexto, várias ações de eficiência energética vêm
sendo implantadas, algumas voluntárias e outras obrigatórias,
como o Programa de Eficiência Energética (PEE), em que
as concessionárias distribuidoras de energia elétrica são
obrigadas a propor e implementar programas de eficiência
energética. Tais projetos devem ser corretamente avaliados,
pois o dinheiro investido é uma contribuição da sociedade
e o retorno proporcionado por esse investimento precisa
ser assegurado. (Januzzi, Saidel et al, 2007).
1) OBJETIVOS DA MEDIÇÃO DE ENERGIA
A medição de energia elétrica tem diversas finalidades,
entre elas o levantamento do consumo de energia elétrica
mensal do estabelecimento, seja ele residencial, comercial,
público ou industrial, e também o levantamento dos níveis
de eficiência energética encontrados nestes estabelecimentos.
A seguir são apresentados alguns conceitos sobre
medições de consumo de energia elétrica e sobre determinação de níveis de eficiência energética.
1.1) Medição do consumo mensal de energia elétrica
Para a medição do consumo mensal de energia elétrica são
utilizados equipamentos de medição totalizadores de consumo,
que registram a diferença de consumo total do mês anterior e o
corrente, obtendo, assim, o consumo atribuído ao mês corrente,
medido em kWh, sem a necessidade de uma medição diária.
Figura 1: Gráfico do consumo mensal de energia
elétrica de um estabelecimento de exemplo
A figura 1 apresenta um gráfico de consumo mensal medido
para um estabelecimento.
A partir deste gráfico, é possível observar os consumos
mensais durante o ano de 2009 de um estabelecimento e,
desta forma, analisar o consumo de energia levando em conta
as atividades do estabelecimento e o período do ano, criando
estratégias para diminuir o consumo de energia elétrica do
estabelecimento, implantando ações de eficiência energética.
1.2) Eficiência Energética
A implantação de ações de eficiência energética busca a
obtenção do menor índice de custo em relação à energia
utilizada em um processo.
O custo da energia elétrica utilizada em um processo pode
ser substituído por várias outras unidades, como: toneladas
de minério produzido, litros de algum solvente etc. Desta
65
Em pauta
66
Medição e eficiência energética
Figura 2: Gráfico da evolução de um índice de eficiência
energética para um estabelecimento de exemplo
Figura 4: Medições horárias do consumo de energia elétrica
com a implantação de programas de eficiência energética
Figura 3: Medições horárias do consumo de energia elétrica
sem a implantação de programas de eficiência energética
Figura 5: Medição anual do consumo de energia
elétrica de um estabelecimento
forma, inúmeros índices de eficiência energética podem ser
criados com o intuito de produzir com maior eficiência.
A figura 2 ilustra um gráfico da evolução do índice de eficiência energética, medido em litros/kWh, para um estabelecimento.
Observa-se pela figura 2 que o índice de eficiência energética litros/kWh apresenta um valor aproximadamente constante
para a maioria dos períodos analisados, porém para outros,
apresenta-se superior.
Nestes casos, muitas vezes são necessárias medidas corretivas para melhoria do índice de eficiência energética, como:
• Otimização do contrato de energia;
• Melhoria do fator de potência;
• Utilização de equipamentos mais eficientes, como motores,
lâmpadas etc.;
• Melhoria nos processos de produção.
Estas medidas são adotadas após um estudo de viabilidade
econômica, quando se verifica se o investimento realizado
será amortizado com a economia de energia gerada pela
implantação de ações de eficiência energética.
O estudo de eficiência energética necessita de dados detalhados
do consumo de energia, como o consumo horário, mensal e anual.
Por meio da medição do consumo horário, é possível observar o consumo do estabelecimento ao longo do dia, nos
horários de ponta e fora de ponta, permitindo ao analista
verificar mudanças de turno, horários de entrada e saída
de pessoal, operação de máquinas etc. A figura 3 apresenta
um gráfico da medição do consumo horário de um estabelecimento antes da implantação de programas de eficiência
energética, e a figura 4 apresenta o gráfico para o mesmo
estabelecimento depois da implantação dos programas. O
intervalo de medição é de 15 minutos, característica básica
do processo de faturamento de energia no Brasil.
Por meio da medição do consumo mensal, é possível acompanhar o comportamento do consumo de energia frente à
sazonalidade no ano, identificando, por exemplo, a diferença
do consumo devido à utilização de ar-condicionado no verão,
entre outros. A figura 1 é um exemplo desse tipo de medição.
Já a medição anual de energia apresenta uma visão geral
do consumo de energia de um estabelecimento e a mudança
no comportamento do consumo devido a ações de eficiência
energética. A figura 5 apresenta um exemplo de medição anual
de um estabelecimento.
67
Medidores eletrônicos com um único totalizador
de energia, porta de comunicação serial
Par metálico: RS 485
switch
Medidores eletrônicos com um único totalizador
de energia, porta de comunicação serial
Eventual falha em
um medidor poderá
impedir a leitura dos
outros medidores,
ocasionando perda
de dados de medição
Par metálico: RS 485
Concentrador
de medidores
switch
Software para leitura dos
medidores eletrônicos e
gerenciamento de energia
Figura 6: Esquema de medição utilizando
leitura a partir de um computador
Memória para
o registro das
leituras de todos
os medidores
em diversos
horários do dia
Eventual falha no
concentrador irá
ocasionar a perda
de todos os dados
de medição
Figura 8: Esquema de medição utilizando concentrador de dados
Medidor sem memória de massa,
pode haver falha na geração de gráficos
Figura 7: Medições horárias do consumo de energia elétrica
diante de falhas no sistema de medição
1.3) Técnicas de medição para eficiência energética
Os dados necessários para um estudo de eficiência energética devem ser coletados por meio de um sistema de gerenciamento de energia, que deve ser capaz de fazer diversas
medições de consumo e demanda de energia durante o dia,
nos horários de ponta e fora de ponta.
Atualmente, existem diversas técnicas de medição, a seguir
serão apresentadas algumas delas.
1.3.1) Leitura dos medidores a partir de um computador
Este tipo de medição utiliza medidores eletrônicos de energia
com porta de comunicação serial, padrão RS-485, e computador
dedicado com software de leitura dos medidores e gerenciamento
de energia, como é esquematizado na figura 6.
O funcionamento baseia-se na leitura pelo computador dos
dados obtidos pelos medidores eletrônicos, que seguem para
um banco de dados, os quais são tratados para apresentação
de gráficos e relatórios.
Este sistema apresenta algumas fragilidades que podem
comprometer a qualidade dos dados medidos quando ocorrer uma falha na porta de comunicação serial do medidor
ou eventual travamento do computador, pois o medidor não
contém memória de massa. A figura 7 apresenta um gráfico
de medição de consumo horário quando ocorrem tais falhas.
1.3.2) Leitura dos medidores a partir de um concentrador
Este tipo de medição utiliza medidores eletrônicos de energia com porta de comunicação serial, padrão RS-485, concentradores de dados conectados aos medidores e computador
dedicado com software de gerenciamento de energia, como é
esquematizado na figura 8.
Nesta configuração, os medidores eletrônicos realizam as
medições, que são armazenadas nos concentradores de dados.
Posteriormente, os dados seguem para o software de gerenciamento contido no computador, onde são processados.
Neste caso, falhas em algum dos medidores podem comprometer a leitura de outros medidores e, ainda, uma falha no
concentrador pode levar à perda dos dados nele armazenados,
comprometendo a qualidade da medição.
1.3.3) Utilização de medidores com memória de massa
A utilização de medidores eletrônicos com memória de massa
apresenta-se mais segura em relação à qualidade dos dados coletados.
O funcionamento é baseado na medição do consumo e demanda de energia por meio dos medidores, nos quais são arma-
Em pauta
68
Medição e eficiência energética
Medidores eletrônicos
com porta de
comunicação serial e
memória de massa
Par metálico: RS 485
Servidor com
banco de dados do
consumo de energia
Medições sempre
confiáveis para o
técnico de eficiência
energética
Figura 9: Esquema de medição utilizando medidores com memória de massa
zenados os dados medidos, que seguem para um computador
onde consta um sistema de gerenciamento de energia, onde
os dados são tratados para posterior análise. Esta arquitetura
é apresentada pela figura 8.
A memória de massa dos medidores pode ser configurada para
um intervalo mínimo de 35 dias, com médias integradas a cada 15
minutos, garantindo melhor qualidade na medição. Desta forma,
qualquer falha que venha a ocorrer na comunicação serial poderá
ser resolvida em até 35 dias e não ocorrerá a perda de dados.
2) ESTUDO DE CASO
A seguir apresenta-se um caso real de medições de energia
aplicadas em uma ação de eficiência energética, realizada no
Hospital Universitário.
Esta ação de eficiência energética foi desenvolvida pelo Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e
Automação Elétricas da Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo (Gepea), com apoio financeiro da concessionária de
energia local Eletropaulo.
2.1) Projeto de eficiência energética
O projeto inicial previa a substituição de lâmpadas e reatores
eletromagnéticos conforme descrito a seguir:
• 7314 lâmpadas fluorescentes tubulares de 40W por lâmpadas de 32W, modelo FO32W/21-840, Osram;
• 50 lâmpadas fluorescentes tubulares de 20W por lâmpadas
Figura 10: Demanda de potência no período de maio a junho de 2005
16W, modelo FO16W/21-840, Osram;
• 3657 reatores eletromagnéticos 2 x 40W por eletrônicos de
2 x 32W/220 V. modelo FT2x32 W – bivolt AFP;
• 25 reatores eletromagnéticos por eletrônicos 2 x 16W/220
V, modelo QTIS-S Special.
Com base neste conjunto de substituições, definido no diagnóstico energético da edificação, estimou-se a economia de
energia de 793,9MWh/ano e a demanda evitada de 110,3kW.
O prédio do Hospital Universitário é alimentado por uma subestação secundária com um único ponto de monitoração em
média tensão. Esee ponto é monitorado em tempo real com o
Sistema de Gerenciamento de Energia (Sisgen) (Rosa, 2007),
que recebe os dados do sistema de medição, este composto por
transformadores de corrente e de tensão e transdutor de energia.
2.2) Linha de Base
Para a correta avaliação das reduções de consumo de energia e demanda relacionados ao projeto de eficiência energética
implantado, deve-se considerar que:
• Lâmpadas e reatores danificados: antes da implantação do
programa havia 580 lâmpadas danificadas, ou seja, 8,6% da
iluminação, correspondente a aproximadamente 18kW;
• Adequação à NBR 5413: foi realizado um estudo que constatou
a ocorrência de índices de luminosidade abaixo da norma vigente,
desta forma, os ambientes que apresentaram não conformidades
foram modificados para se adequarem à norma. Portanto, a ade-
69
Figura 11: Demanda de potência de um dia da medição parcial
Figura 12: Demanda de potência de um dia para medição geral
quação acrescentou ou reduziu lâmpadas em alguns pontos, e foi
estimado um decréscimo de 9kW em relação à demanda prevista;
• Seccionamento de circuitos: com o objetivo de evitar
que algumas lâmpadas ficassem acesas desnecessariamente,
alguns circuitos forma seccionados.
2.3) Medições de energia realizadas
Para constatar a redução de consumo e demanda energética
com a introdução deste programa de eficiência energética, foram
realizadas medições de energia antes e depois da implantação
da ação. As medições foram realizadas no ponto de atuação do
Sisgen e também nos corredores do ambulatório do primeiro
andar, medição geral e parcial, respectivamente.
2.3.1) Medições antes da implantação do programa
A medição parcial de energia foi realizada por 16 dias, entre
maio e junho de 2005. A figura 10 mostra a medição da demanda de potência realizada nos corredores do ambulatório do
primeiro andar para este período.
Neste período, foram registradas as seguintes medições:
• Maior demanda de potência fora de ponta: 6,2kW;
• Maior demanda de potência ponta: 4,5kW;
• Consumo de energia do período: 836,6kWh.
Na figura 11 é apresentada a demanda de potência de um
dia do período medido.
A medição geral de energia foi realizada no mês de junho de 2005. A figura 12 mostra a medição da demanda de
Em pauta
70
Medição e eficiência energética
Figura 14: Demanda de potência no período de novembro de 2005
Figura 13: Consumo de energia de um dia para medição geral
potência realizada por meio do Sisgen para este período.
Neste período, foram registradas as seguintes medições:
• Maior demanda de potência fora de ponta: 1127kW;
• Maior demanda de potência ponta: 924kW;
• Consumo de energia do período: 19041kWh.
A figura 13 apresenta o consumo horário de energia de um dia.
2.3.2) Medições depois da implantação do programa (condição eficiente)
A medição parcial de energia foi realizada em 16 dias no
mês de novembro de 2005. A figura 14 mostra a medição da
demanda de potência realizada nos corredores do ambulatório
do primeiro andar para este período.
Neste período, foram registradas as seguintes medições:
• Maior demanda de potência fora de ponta: 5,1kW;
• Maior demanda de potência ponta: 2,9kW;
• Consumo de energia do período: 347,6kWh.
A figura 15 apresenta um detalhamento horário da demanda
de potência.
A medição geral de energia foi realizada no dia da vistoria
final, ou seja, dois meses após a finalização das instalações do
projeto. A figura 16 mostra a medição da demanda de potência
e consumo diário de energia, realizadas por meio do Sisgen.
Neste período analisado, foram registradas as seguintes
medições:
• Maior demanda de potência fora de ponta: 1083kW;
• Maior demanda de potência ponta: 896kW;
• Consumo de energia do período: 18742,3kWh.
Observa-se que houve uma redução de demanda de potência
e consumo de energia na medição geral com a introdução do
programa de eficiência energética, porém como a medição geral abrange todos os equipamentos do Hospital Universitário,
Figura 15: Demanda de potência de um dia para medição parcial
e não somente o sistema de iluminação, não serve de referência para aferir a economia gerada pelo programa, devendo ser
feita, então, a análise por meio dos dados de medição parcial,
ou seja, das medições realizadas no corredor do ambulatório
do primeiro andar.
2.4) Verificação da economia
As tabelas 1, 2 e 3 mostram os valores de demanda de potência e consumo de energia antes e depois da execução do
projeto de eficiência energética.
Antes
Depois
Redução
4,5 kW
2,9 kW
35,4 %
3 kW
1,9 kW
35,5 %
Dem. Pot.Fora Ponta
6,2 kW
5,1 kW
17,74 %
Consumo de
energia
836,6 kWh
347,6 kWh
58,45 %
Dem. Pot.- Ponta
Dem. Pot.
média - Ponta
Tabela 1: Valores de demanda de potência e consumo de
energia para corredor do ambulatório do primeiro andar
Dem. Pot.- Ponta
Antes
Depois
Redução
558 kW
360 kW
35,4 %
367,9 kW
237 kW
35,5 %
Dem. Pot.Fora Ponta
765 kW
629 kW
17,74 %
Consumo de
energia
103281 kWh
42914 kWh
58,45 %
Dem. Pot.
média - Ponta
Tabela 2: Projeção de valores de demanda de potência e
consumo de energia para o sistema de iluminação geral
71
Figura 16: Demanda de potência e consumo de energia de um dia para medição geral
Antes
Depois
Redução
Dem. Pot.- Ponta
924 kW
896 kW
3%
Dem. Pot.Fora Ponta
1127 kW
1083 kW
3,9 %
21361 kWh
19041 kWh
10,86 %
Consumo de
energia diário
Tabela 3: Valores de demanda de potência e consumo de
energia medidos na entrada de média tensão da planta
Considerando os valores da tabela 3, observa-se que a
Economia de Energia Anual (EEA) é dada por 835,2MWh e a
demanda de potência evitada na ponta é de 130,08kW.
2.5) Cálculo do RCB
A relação custo-benefício da implantação do programa de
eficiência energética é observada na tabela 4. Os cálculos
realizados estão de acordo com o procedimento válido à
época. (Aneel, 2005).
Previsto
Realizado
Variação
110,3
130
9%
793.870
835.200
4,9 %
154.398,80
164.405,90
6,5 %
Custo evit. Dem.
Pot. (R$/kW)
457,9
-
-
Custo evit. Ener.
(R$/MWh)
130,9
-
-
RCB
0,63
0,56
12 %
Red. Dem. Pot.Ponta (kW)
Red. Cons.
Anual (kWh)
Benefício (R$)
Tabela 4: Análise do RCB
Em pauta
72
Medição e eficiência energética
3) CONSIDERAÇÕES FINAIS
O crescente aumento do consumo de energia no Brasil, característica típica de países em desenvolvimento (Lamberts e Carlo,
2004), está diretamente ligado ao aumento do Produto Interno
Bruto (PIB). Desta forma, as iniciativas de eficiência energética
ganham cada vez mais importância.
Segundo (Lamberts et al, 2007), o Brasil possui grande
potencial para reduzir o consumo de energia com a implantação de programas de eficiência energética, os quais são
determinados pela Política Nacional de Conservação e Uso
Racional de Energia.
O sucesso da implantação dos programas de eficiência energética está diretamente ligado à qualidade dos dados obtidos
por meio de medições de energia. Desta forma, o sistema de
medições deve ser preciso e confiável, fornecendo dados de
medições horárias para que o sistema de gerenciamento de
energia possa tratá-los de forma adequada.
O programa de eficiência energética, para ser atrativo, deve
possuir um bom índice de relação custo-benefício, pois o retorno
do investimento ocorrerá com a energia economizada.
Observa-se que o programa de eficiência energética implantado no Hospital Universitário da USP apresentou um bom índice
de relação custo-benefício, além de ter realizado a adequação
dos ambientes de acordo com a norma NR 10, devendo, assim,
servir de exemplo para incentivar a promoção de iniciativas de
eficiência energética em outros estabelecimentos.
4) REFERÊNCIAS
ANEEL (2005). Manual para elaboração do programa de eficiência energética – ciclo 2005/2006.
ANEEL (2008). Manual para elaboração do programa de eficiência energética – 2008.
JANNUZZI, G. M., DANELLA, M. A., SILVA, S. A. S (2004). Metodologia para aplicação dos recursos dos programas de eficiência
energética. In: Energy Discussion Paper. Campinas.
JANNUZZI, G. M., SAIDEL, M. A et al (2007). Avaliação dos
programas de eficiência energética das concessionárias de distribuição de eletricidade e sugestõs para a revisão da sua regulamentação. Relatório preparado para o Banco Mundial. ANEEL.
LAMBERTS, R. e CARLO, J. C. (2004). Uma discussão sobre
a regulamentação em eficiência energética em edificações. In:
Congresso de Ar-condicionado, Refrigeração, Aquecimento e
Ventilação do Mercosul, IV Mercofrio. Curitiba.
LAMBERTS, R., GOULART, S. et al (2007). Regulamentação de
Etiquetagem Voluntária de Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais e Públicos. In: IX Encontro Nacional e V Latino
Americano de Conforto no Ambiente Construído. Porto Alegre.
ROSA, L. H. L (2007). Sistema de apoio à gestão de utilidades
e energia: aplicação de conceitos de sistemas de informação e
apoio à tomada de decisão. Dissertação de Mestrado. Escola
Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo.
César Lapa é engenheiro eletrônico com MBA em
gerenciamento de energia e é diretor-comercial da CCK.
Marco Antonio Saidel é professor livre docente da Escola
Politécnica da USP e atua na área de eficiência energética
Katia Gregio Di Santo é engenheira eletricista e atua na área de
eficiência energética