UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ
CENTRO DE TECNOLOGIA
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERINTENDÊNCIA
FEDERAL DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E
ABASTECIMENTO
Marcos Viana Feitosa
Fortaleza
Junho de 2011
ii
MARCOS VIANA FEITOSA
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERITENDÊNCIA
FEDERAL DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E
ABASTECIMENTO
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à
Universidade Federal do Ceará como parte dos
requisitos para obtenção do título de graduado
em Engenharia Elétrica.
Orientador:
Prof.
Cavalcante Neto
.
Fortaleza
Junho de 2011
M.Sc.
Tomaz
Nunes
iii
MARCOS VIANA FEITOSA
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DA SUPERITENDÊNCIA
FEDERAL DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E
ABASTECIMENTO
Este trabalho de conclusão de curso foi julgado adequado para obtenção do título de
Graduado em Engenharia Elétrica e aprovada em sua forma final pela Coordenação do Curso
de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Ceará.
______________________________________________________
Marcos Viana Feitosa
Banca Examinadora:
______________________________________________________
Prof. Tomaz Nunes Cavalcante Neto, M.Sc.
______________________________________________________
Prof. Alexandre Rocha Filgueiras, M.Sc.
______________________________________________________
Prof. Carlos Gustavo Castelo Branco, M.Sc.
Fortaleza, Junho de 2011
iv
Feitosa, M. V. e “Eficiência energética da Superintendência Federal da Agricultura, Pecuária
e Abastecimento”, Universidade Federal do Ceará – UFC, 2011.
Este trabalho apresenta técnicas de eficiência energética úteis para unidades consumidoras
comerciais ou administrativas. Apresenta informações sobre gerenciamento de fatura de
energia, eficiência energética em sistemas de iluminação, climatização, correção de fator de
potência e análise econômica. Primeiramente fez-se um levantamento de carga da
Superintendência Federal da Agricultura, Pecuária e Abastecimento para verificar potenciais
pontos para se realizar eficiência energética, depois analisou-se a fatura de energia e
verificou-se problemas com excedente reativo. Através dos dados da fatura de energia e da
telemedição foi possível realizar simulações de troca de tarifa e análises econômicas. No caso
de iluminação e climatização é possível reduzir o consumo de energia em 30% através da
eficiência energética. A conscientização das pessoal para evitar o desperdício de energia e
também algumas medidas administrativas podem ajudar a melhorar a eficiência energética.
Palavras-Chave: Eficiência energética, iluminação, climatização, fator de potência,
análise econômica
v
Feitosa, M. V. e “Energetics efficiency of the Superintendência Federal da Agricultura,
Pecuária e Abastecimento”, Universidade Federal do Ceará – UFC, 2011.
This work presents techniques for energetics efficiency useful for consumer units commercial
or administrative. Presents information on management of bill for energy, energetics
efficiency in lighting systems, climatization, correction factor of power and economic
analysis. It was first necessary to know the electrical charge of the Superintendência Federal
da Agricultura, Pecuária e Abastecimento to check for potential points to perform energy
efficiency, then analyzed the energy bill and found problems with excess reactive power.
Using data from the energy bill and telemetering was possible to perform simulations of rate
change of energy and economic analysis. In the case of lighting and climatization is possible
reduce energy consumption by 30% through energy efficiency. The awareness of people to
avoid the waste of energy and also some change administrative may help improve energy
efficiency.
Keywords: energetics efficiency, illumination, climatization, factor of Power, economic
analysis.
vi
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................viii
LISTA DE TABELAS .............................................................................................................. ix
SIMBOLOGIA ........................................................................................................................... x
CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................... 1
CAPÍTULO 2
GERENCIAMENTO DA FATURA DE ENERGIA ................................................................. 3
2.1
CONSIDERAÇÕES INICIAIS .................................................................................. 3
2.2
DEFINIÇÕES E CONCEITOS .................................................................................. 3
2.3
TENSÃO DE FORNECIMENTO .............................................................................. 5
2.4
ESTRUTURA TARIFÁRIA ...................................................................................... 6
2.4.1
FATURAMENTO .............................................................................................. 7
2.5
ANÁLISE DO PERFIL DE UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA ................. 7
2.6
INDICADORES DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA ................................................. 8
2.6
CONSIDERAÇÕES FINAIS ..................................................................................... 9
CAPÍTULO 3
TÉCNICAS DE EFICIENTIZAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ......................................... 11
3.1
CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................................ 11
3.2
ILUMINAÇÃO ........................................................................................................ 11
3.2.1
DEFINIÇÕES ................................................................................................... 11
3.2.2
PRINCIPAIS TIPOS DE LÂMPADAS ........................................................... 13
3.2.3
MEDIDAS DE IMPLEMENTAÇÃO A CURTO PRAZO ............................. 16
3.3
CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA ............................................................ 18
3.3.1
CONCEITOS .................................................................................................... 18
3.3.2
TIPOS DE CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA .................................. 19
3.3.3
MÉTODOS DE CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA .......................... 21
3.4
CLIMATIZAÇÃO .................................................................................................... 22
3.4.1
MEDIDAS A CURTO PRAZO ....................................................................... 23
3.4.2
MEDIDAS A MÉDIO PRAZO ........................................................................ 23
3.4.3
MEDIDAS A LONGO PRAZO ....................................................................... 24
3.5
AVALIAÇÃO
ECONÔMICA
DE
INVESTIMENTOS
EM
EFICIÊNCIA
ENERGÉTICA ..................................................................................................................... 24
SUMÁRIO
vii
3.5.1
CONCEITOS BÁSICOS .................................................................................. 24
3.5.2
CRITÉRIOS PARA TOMADA DE DECISÃO............................................... 25
3.6
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 26
CAPÍTULO 4
ESTUDO DE CASO ................................................................................................................ 28
4.1
CONSIDERAÇÕES INICIAIS ................................................................................ 28
4.2
MUDANÇA DE TARIFAÇÃO ............................................................................... 28
4.3
ILUMINAÇÃO ........................................................................................................ 33
4.4
CLIMATIZAÇÃO .................................................................................................... 35
4.5
CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA ............................................................. 37
4.6
CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 39
CAPÍTULO 5
CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 40
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 41
APÊNDICE A – LEVANTAMENTO DE CARGA DA SFA ................................................. 43
SUMÁRIO
viii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Consumo de energia elétrica no Brasil. ................................................................. 1
Figura 3.1 – Difusor para luminária com lâmpada fluorescente .............................................. 12
Figura 3.2 – Tabela de reatores para lâmpadas fluorescentes .................................................. 13
Figura 3.3 – Eficiência luminosa das lâmpadas ....................................................................... 16
Figura 3.4 – Triângulo de potência ........................................................................................... 18
Figura 3.5 – Fatores para correção do fator de potência .......................................................... 22
Figura 3.6 – Exemplo de fluxo de caixa ................................................................................... 25
Figura 4.1 – Histórico de consumo e demanda ........................................................................ 33
Figura 4.2 – Correção do fator de potencia para 0,95 no mês de abril de 2011. ...................... 37
LISTA DE FIGURAS
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 – Subgrupos do grupo A ........................................................................................... 5
Tabela 3.1 – Fatores de manutenção ........................................................................................ 12
Tabela 3.2 – Equivalência de fluxo luminoso entre lâmpadas incandescentes e compactas.... 18
Tabela 4.1 – Dados da conta de abril de 2011 .......................................................................... 28
Tabela 4.2 – Preços de demanda e consumo para tarifa verde e convencional ........................ 31
Tabela 4.3 – Simulação de mudança de tarifa para horosazonal verde .................................... 31
Tabela 4.4 – Resultados obtidos através da telemedição ......................................................... 32
Tabela 4.5 – Economia dos quatro primeiros meses com tarifa verde ..................................... 32
Tabela 4.6 – Mudança de lâmpadas fluorescentes ................................................................... 33
Tabela 4.7 – Mudança de reator ............................................................................................... 34
Tabela 4.8 – Mudança para lâmpada incandescente................................................................. 34
Tabela 4.9 – Custo das lâmpadas e reatores ............................................................................. 34
Tabela 4.10 – Resultado da eficientização da iluminação ........................................................ 35
Tabela 4.11 – Cálculo econômico para iluminação .................................................................. 35
Tabela 4.12 – Quantidade de aparelhos de ar-condicionado .................................................... 36
Tabela 4.13 – Resultado da eficientização da climatização ..................................................... 36
Tabela 4.14– Análise econômica para climatização ................................................................. 36
Tabela 4.15 – Dados do momento de maior potência reativa .................................................. 37
Tabela 4.16 – Análise economia para correção do fator de potência ....................................... 38
Tabela 4.17 – Análise econômica incluindo todos os investimentos ....................................... 39
LISTA DE TABELAS
x
SIMBOLOGIA
Símbolo
Significado
BTU
Unidade Termina Britânica
CA
Consumo de energia no mês
Cam
consumo de energia ativa registrada no mês
Cat
consumo de energia ativa
CMe
Custo médio de energia
Dam
Demanda de potência ativa máxima
Dat
demanda de potência ativa
Dc
Demanda contratada
Df
demanda de potência ativa faturável
Dfp
demanda de potência ativa faturada em cada posto horário
DMAX
Demanda máxima
DMED
Demanda média
DR
Demanda registrada
EL
Eficiência luminosa
F
Horário fora de ponta
FC
Fator de carga
Fdr
Faturamento de demanda de potência reativa excedente
Fdrp
Faturamento de demanda de potência reativa excedente por posto tarifário
Fer
Faturamento de consumo de energia reativa excedente
Ferp
Faturamento de consumo de energia reativa excedente por posto tarifário
FP
Fator de potência
Fpp
Fator de potência calculado de hora em hora
Grupo A
Unidades consumidoras com fornecimento em tensão igual ou superior a
2,3kV
Grupo B
Unidades consumidoras com fornecimento em tensão inferior a 2,3kV
GWh
I
IRC
Gigawatt-hora
Investimento inicial
Índice de reprodução de cores
K
Juros
kV
Quilovolt
SIMBOLOGIA
xi
Símbolo
kVArh
Significado
Quilovolt-ampère-reativo-hora
kW
Quilowatts
kWh
Quilowatts-hora
max
função que indica o maior valor da expressão
P
Horário de ponta
Pat
potência ativa
Payback
Tempo de retorno de capital
Pc
potência do capacitor
R$
Reais
Tda
tarifa de demanda de potência ativa
Tdap
tarifa de demanda de potência ativa por posto tarifário
Tea
tarifa de energia ativa
Teap
tarifa de energia ativa por posto tarifário
TIR
Taxa Interna de retorno
VPL
Valor presente líquidoNível alto da corrente que circula em Lb1 ou Lb2
W
Watt
∆t
Intervalo de tempo
Acrônimos e Abreviaturas:
Símbolo
Significado
ANEEL
Agência Nacional de Energia Elétrica
COELCE
Companhia Energética do Ceará
PROCEL
Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
SFA
Superintendência Federal de Agricultura Pecuária e Abastecimento
SIMBOLOGIA
1
INTRODUÇÃO
A eficiência energética ganhou força no Brasil como uma das soluções para o “apagão”
de 2001. A principal causa do apagão se deve ao fato de que a oferta de energia não era suficiente para suprir a demanda. De 1991 até 2001, a média ao ano do crescimento do consumo
de energia era de 4,1% e a média de crescimento de produção era de 3,3%. Observa-se um
defasamento entre o crescimento da oferta e da demanda de 10%, praticamente [2].
A energia hidráulica contribui com cerca de 75% da energia elétrica gerada no Brasil..
Em 2000, o Brasil optou pela implantação de termelétricas como foco de crescimento da geração de energia elétrica e lançou o Programa Prioritário de Termoeletricidade (PPT). Porém
o programa não surtiu efeito, pois o tempo médio de implantação de uma termoelétrica é de 2
anos.
Em 2001, aconteceu o racionamento que visava uma redução média de 20%, tendo variações de meta e tempo de racionamento dependendo do estado e da característica do consumidor. Para alcançar esse objetivo uma das soluções apresentadas foi o Programa de Conservação e uso eficiente de energia. Pode-se dizer que o racionamento obteve sucesso, pois houve a redução desejada e não aconteceram os “apagões” que seria desligar a energia de bairros
ou cidades por determinado períodos para alcançar a redução necessária de consumo de energia. Para surpresa de muitos a redução no consumo durou mesmo após o fim do racionamento
como pode ser visto na Figura 1.1 [1].
Figura 1.1 – Consumo de energia elétrica no Brasil.
Introdução
2
É importante saber a diferença entre eficiência energética e racionamento de energia.
Racionamento de energia é reduzir o tempo de serviço energético, enquanto eficiência energética é redução da energia para a realização de um mesmo serviço.
A eficiência energética traz muitas vantagens como:
- diminui emissões e impacto ao meio ambiente;
- aumenta a consciência contra o desperdício, melhoria em processos e equipamentos;
- aumento da produtividade e competitividade nas empresas;
- diminui o consumo na ponta do sistema para as concessionárias.
Porém, existem barreiras para se implantar um programa de eficiência energética como:
- o preço dos equipamentos mais eficientes tendem a serem maiores;
- muitas empresas querem retorno a curto prazo de seus investimentos em eficiência energética;
- mito de energia farta e barata;
- falta de pessoal capacitado para operar nesse mercado de trabalho. [3]
Este trabalho está voltado para eficiência energética de unidades consumidores comerciais ou administrativas. O objetivo é reduzir o custo da energia elétrica, seja através de equipamentos mais eficientes, seja por medidas que reduzam o desperdício de energia.
O capítulo 2 apresenta conceitos e definições importantes para conhecer uma fatura de
energia de alta tensão. Serão mostrado indicadores de eficiência e o que deve ser verificado
para escolher a melhor tarifa.
O capítulo 3 apresenta medidas a curto, médio e longo prazo para melhorar a eficiência
energética. Também mostra como fazer a análise econômica de soluções propostas.
O caso teste é apresentado no capítulo 4. São realizadas varias simulações e apresentadas várias soluções de eficiência energética que podem ser implantadas separadamente.
Ao final são apresentadas conclusões no capítulo 5.
Introdução
3
CAPÍTULO 2
GERENCIAMENTO DA FATURA DE ENERGIA
2.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Quando um consumidor de energia pensa em realizar um programa de eficiência energética, o mais importante para ele é saber o quanto de custo será reduzido na sua conta.
A conta de energia é uma síntese dos parâmetros de consumo. Uma análise histórica da
fatura apresenta ricas informações que serão base para futuras mudanças. A escolha de tarifação errada pode acarretar grandes prejuízos. Assim compreender as informações de um fatura
e como são calculados cada parcela da fatura são importantes para uma correta tomada de decisão em projetos de eficiência energética.
2.2 - DEFINIÇÕES E CONCEITOS
É necessário conhecer algumas definições para facilitar o entendimento de uma fatura
de energia. [6]
Energia elétrica ativa – é o uso da potência ativa durante qualquer intervalo de tempo,
sua unidade é o quilowatts-hora(kWh).
Energia elétrica reativa – É a energia elétrica que circula continuamente entre os diversos campos elétricos e magnéticos de um sistema de corrente alternada, sem produzir trabalho, expressa em quilovolt-ampère-reativo-hora (kVArh)
Demanda – é a média das potências elétricas ativas ou reativas, solicitadas ao sistema
elétrico pela parcela da carga instalada em operação na unidade consumidora, durante um intervalo de tempo especificado. A demanda é expressa em quilowatts (kW) e o intervalo de
tempo adotado no Brasil é de 15 minutos.
Demanda medida – é a maior demanda de potência ativa registrada durante o período de
faturamento, expressa em (kW).
Demanda contratada – demanda de potência ativa a ser obrigatoriamente e continuamente disponibilizada pela concessionária conforme valor e período de vigência fixados no
contrato de fornecimento e que deverá ser integralmente paga, seja ou não utilizada, durante o
período de faturamento.
CAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.
4
Demanda faturável – geralmente a demanda faturada é a maior demanda entre a demanda medida e a demanda contratada.
Fator de carga(FC) – é a razão entre a demanda média e a demanda máxima da unidade
consumidora, ocorridas no mesmo intervalo de tempo especificado. O fator de carga indica o
quanto ociosa é a unidade consumidora.(1.1)
(2.1)
Fator de potência(FP) – é a razão entre a energia elétrica ativa e a raiz quadrada da soma
dos quadrados das energias elétricas ativa e reativa, consumidas num mesmo período especificado.
Horário de ponta(P) – é o período definido pela concessionária e composto por 3(três)
horas diárias consecutivas definido pela concessionária, exceção feita aos sábados, domingos,
terças feira de carnaval, sexta-feira da Paixão, “Corpus Christi”, dia de finados e os demais
feriados definidos por lei federal, considerando as características do seu sistema elétrico.
Horário fora de ponta (F) – é o período composto pelo conjunto de horas complementares àquelas definidas no horário de ponta.
Período seco – período de 7 meses consecutivos iniciando-se em maio e finalizando-se
em novembro de cada ano. É em geral o período de pouca e chuva e com tarifas de consumo
de energia um pouco mais cara.
Período úmido – período de 5 meses iniciando-se em dezembro de um ano e finalizando-se em abril do ano seguinte. É geralmente o período com mais chuva e, por isso, a tarifa é
menor quando comparado com o período seco.
Consumidor – pessoa física ou jurídica que solicitar a concessionária o fornecimento de
energia elétrica e assumir responsabilidade de pagamento das faturas e pelas demais obrigações fixadas em normas e regulamentos da ANEEL(Agência Nacional de Energia Elétrica).
Unidade consumidora – Conjunto de instalações e equipamentos elétricos caracterizado
pelo recebimento de energia elétrica em um só ponto de entrega, com medição individualizada e correspondente a um único consumidor[6].
CAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.
5
2.3 - TENSÃO DE FORNECIMENTO
As unidades consumidoras são dividias em grupos, dependendo do nível de tensão fornecida pela concessionária. O nível de tensão depende da carga instalada da unidade consumidora. A concessionária deve estabelecer e informar ao interessado a tensão de fornecimento, observando os seguintes limites:
•
Tensão secundária de distribuição: quando a carga instalada na unidade consumidora for igual ou inferior a 75 kW;
•
Tensão primária de distribuição inferior a 69 kV: quando a carga instalada na
unidade consumidora for superior a 75 kW e a demanda contratada ou estimada
pelo interessado for igual ou inferior a 2500 kW
•
Tensão rimaria de distribuição igual ou superior a 69kV quando a demanda contratada for superior a 2500 kW.
Para fins de faturamento as unidades consumidoras são dividas em dois grupos tarifários. “Grupo B” (baixa tensão) para unidades consumidoras com tensão de fornecimento inferior a 2300 Volts. “Grupo A” (alta tensão) para unidades consumidoras com tensão de fornecimento igual ou superior a 2300 Volts.
Há subgrupos tanto no grupo A como no grupo B. O grupo A é caracterizado por ter tarifa binômia (paga por consumo e por demanda) e subdividido nos subgrupos: A1, A2, A3,
A3a, A4 e A5.
Tabela 2.1 – Subgrupos do grupo A
Subgrupo Tensão de fornecimento
A1
≥ 230 kV
A2
88 kV a 138kV
A3
69 kV
A3a
30 kV a 44 kV
A4
2,4 kV a 25kV
A5
subterrâneo
CAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.
6
Subgrupo B é caracterizado por ter tarifa monômia (paga apenas consumo) e subdividido nos seguintes grupos:
•
Subgrupo B1- residencial;
•
Subgrupo B1- residencial de baixa renda;
•
Subgrupo B2 – rural;
•
Subgrupo B2 – cooperativa de eletrificação rural;
•
Subgrupo B2 – serviço público de irrigação;
•
Subgrupo B3 – demais classes;
•
Subgrupo B4 – iluminação pública [4].
2.4 - ESTRUTURA TARIFÁRIA
A estrutura tarifária convencional é caracterizada pela aplicação de tarifas de consumo
de energia elétrica e/ou à demanda de potência independente das horas de utilização do dia e
dos períodos do ano.
A estrutura tarifária horosazonal tem tarifas diferenciadas de consumo de energia elétrica e de demanda de potência dependendo do horário do dia e do período do ano.
Tarifa azul tem aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia dependendo do
horário do dia e período do ano e também tarifas diferenciadas para a demanda dependendo
do horário do dia.
Tarifa verde tem aplicação de tarifas diferenciadas de consumo de energia dependendo
do horário do dia e período do ano e tarifa única para demanda.
Os critérios de inclusão na tarifa convencional ou horo-sazonal seguem as seguintes
condições:
•
Tarifa convencional para unidades consumidoras com tensão inferior a 69kV e
demanda contratada inferior a 300kW;
•
Compulsoriamente tarifa horo-sazonal para unidades consumidoras com tensão
igual ou superior a 69kV;
•
Compulsoriamente tarifa horo-sazonal azul ou verde quando a tensão da unidade
consumidora for inferior a 69kV, a demanda contratada for igual ou superior a
CAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.
7
300kW ou nos últimos onze ciclos de faturamento, três registros consecultivos
ou seis alternados de demandas medidas iguais ou superiores a 300kW;
•
Opcionalmente na tarifa horo-sazonal azul ou verde quando a tensão da unidade
consumidora for inferior a 69kV e a demanda contratada inferior a 300kW.
2.4.1 - FATURAMENTO
Demanda faturável: maior valor dentre os definidos a seguir.
•
Demanda contratada ou a demanda medida, exceto se a classificada como Rural
ou reconhecida como sazonal;
•
Demanda medida no ciclo de faturamento ou 10% da maior demanda medida em
qualquer dos onze ciclos completos de faturamento anteriores, caso de unidade
consumidora na tarifa convencional, classificada como Rural ou reconhecida
como sazonal.
Demanda medida no ciclo de faturamento ou 10% da maior demanda medida em qualquer dos onze ciclos completos de faturamento anteriores, caso de unidade consumidora na
tarifa horo-sazonal, classificada como Rural ou reconhecida como sazonal.
Consumo de energia elétrica ativa: a maior entre a energia elétrica ativa contratada se
houver, e energia elétrica ativa medida no período de faturamento.
Consumo de energia elétrica e demanda de potência reativas excedentes: quando o fator
de potência da unidade consumidora for inferior a 0,92 indutivo ou capacitivo.
Tarifa de ultrapassagem: será aplicada a tarifa de ultrapassagem sobre a parcela que ultrapassar a demanda contratada e superior ao limite de tolerância de 5%. A tarifa de ultrapassagem corresponde a duas vezes o valor da tarifa normal de demanda.
2.5 - ANÁLISE DO PERFIL DE UTILIZAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA
Há possibilidade de otimização da demanda através do aumento de eficiência dos sistemas consumidores. Outras possibilidades de otimização devem ser consideradas como a análise tarifária e a correção do fator de potência.
CAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.
8
Serão analisadas as demandas de potência contratada, demanda medida e demanda faturada da fatura de energia. O objetivo é reduzir ou mesmo eliminar a ociosidade e ultrapassagens de demanda.
A unidade consumidora estará trabalhando adequadamente quando os valores de demanda contratada, medida e faturada tiverem o mesmo valor ou apresentarem valores próximos, desta forma estará pagando apenas aqui que realmente necessita.
O super ou subdimensionamento da demanda contratada gera aumento nos custos que
devem ser evitado.
Se a demanda medida for menor que a contratada será faturada a demanda contratada.
Se a demanda medida for superior a demanda contrata e ultrapassar o percentual limite de 5%,
será pago multa por ultrapassagem de demanda.
Tarifa horo-sazonal apresenta maior possibilidade de gerenciamento das despesas com
energia. A otimização tarifária é a escolha da tarifa mais conveniente para a unidade consumidora, considerando o seu regime de funcionamento, característica do processo de trabalho,
oportunidade ou possibilidade de fazer modulação de carga.
Para determinar a melhor sistema de tarifação é preciso considerar:
•
Os valores médios mensais de consumo e demanda na ponta e fora de ponta;
•
A possibilidade de deslocamento do horário de trabalho de diversos equipamentos para minimizar o consumo e demanda no horário de ponta;
•
Valores médios mensais a serem faturados em cada um dos segmentos horosazonais;
•
As despesas mensais de cada um dos sistemas tarifários
2.6 - INDICADORES DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Os indicadores de eficiência mais comuns e os que apresentam maior utilização, podese destacar:
•
Fator de carga da instalação;
•
Custo médio de energia.
Fator de carga mostra como a energia é utilizada ao longo do tempo. Um fator de carga
baixo indica que houve concentração de consumo de energia num curto período de tempo.
Fator de carga alto indica que as cargas elétricas foram utilizadas de forma racional ao longo
do tempo.
CAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.
9
As informações para calcular o fator de carga podem ser encontrado nos dados das contas de energia.
Uma solução para aumentar o fator de carga é reduzir a demanda conservando o mesmo
consumo. Para isso é necessário um levantamento das cargas e do seu horário de funcionamento. Identificar e deslocar o período de operação equipamentos que funcionam no horário
de demanda máxima, reduzindo assim a demanda medida.
Outra solução é aumentar o consumo e manter a demanda. Aqui é necessário identificar
máquinas e horários ociosos para adicionar turnos de trabalho.
Lembrando que:
(2.2)
FC – fator de carga do mês na ponta e fora de ponta;
CA – consumo de energia (kWh) no mês na ponta e fora de ponta;
h – número médio de horas no mês, sendo 66h para a ponta e 664h para o período fora
de ponta;
DR – demanda registrada máxima do mês na ponta e fora de ponta.
Para a análise do custo médio de energia, tem-se:
(2.3)
CMe – Custo médio de energia (R$/kWh) [4]
Uma boa referência para analisar o preço médio é R$0,45/kWh. Se o resultado da analise de uma conta resultar em um preço médio superior a R$0,45/kWh, significa que provavelmente há uma tarifação melhor a ser escolhida. Um resultado inferior a R$0,45/kWh é um resultado aceitável. Caso o preço médio seja menor que R$0,30/kWh, significa um excelente
preço médio e provavelmente não há outra tarifa melhor.
2.6 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para analisar a fatura de energia verifica-se primeiro a modalidade tarifária da unidade
consumidora. Depois é necessário verificar se há problemas com excedente reativo ou ultraCAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.
10
passagem de demanda. Próximo passo é verificar se a demanda contratada está adequada para
a demanda medida do mês e se também está adequada observando o histórico de demanda
medida dos últimos 12 meses. Depois é calcular o preço médio e o fator de carga para analisar
se a modalidade tarifária está adequada e se a energia está sendo bem utilizada.
Realizando estes passos é possível descobrir todos os problemas que podem aparecer
numa fatura de energia para propor soluções.
CAPÍTULO 2 – Gerenciamento da fatura de energia.
11
CAPÍTULO 3
TÉCNICAS DE EFICIENTIZAÇÃO
DE ENERGIA ELÉTRICA
3.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Há basicamente duas formas de alcançar eficiência energética que podem ser aplicadas
em qualquer área. A primeira é reduzir o consumo através da troca de equipamentos por outros com maior eficiência. A segunda são medidas para evitar o desperdício de energia elétrica. Para isso é necessário conscientizar para que fiquem sempre atentas aos possíveis desperdícios.
Este capítulo apresenta informações sobre eficiência energética na área de iluminação,
climatização, correção de fator de potência e avaliação econômica de investimentos.
3.2 - ILUMINAÇÃO
No Brasil a iluminação consome cerca de 46.000 GWh/ano o que representa cerca de
15% de toda a energia consumida. A iluminação é responsável por, aproximadamente, 23%
de energia elétrica no setor residencial, 44% no setor comercial e serviços públicos e 1% no
setor industrial. [4]
3.2.1 – DEFINIÇÕES
Controlador de luz – é a parte da luminária responsável por modificar o fluxo luminoso
das lâmpadas. Podendo ser do tipo refletor, refrator, difusor lente ou colméia. O tipo escolhido irá influenciar no rendimento da lâmpada.
Iluminância – é definida como sendo o fluxo luminoso incidente por unidade de área. A
unidade de medida usual é o lux.
Depreciação do fluxo luminoso – é a diminuição da iluminância que pode ocorrer devido ao próprio decréscimo do fluxo luminoso da lâmpada ao passar do tempo e também ao acúmulo de poeira na lâmpada ou luminária.
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
12
Difusor – Dispositivo colocado em frente à fonte de luz com a finalidade de diminuir
sua luminância, reduzindo a possibilidade de ofuscamento. Se for conveniente, utilizar luminárias sem difusor, pois melhora o rendimento da lâmpada. [5]
Figura 3.1 – Difusor para luminária com lâmpada fluorescente [5]
Eficiência Luminosa (EL) – Representa a eficiência da lâmpada. É a razão entre o fluxo
luminoso total emitido em lumens e a potência consumida em watts.
Fator de manutenção – é a iluminação média no plano de trabalho após certo período de
uso.
Tabela 3.1 – fatores de manutenção [5]
Período de uso sem Ambiente Ambiente Ambiente
limpeza (meses)
limpo
médio
sujo
0
1,00
1,00
1,00
2
0,97
0,92
0,85
4
0,95
0,87
0,76
6
0,93
0,85
0,70
8
0,92
0,82
0,66
10
0,91
0,80
0,63
12
0,90
0,78
0,61
14
0,89
0,77
0,59
16
0,88
0,76
0,57
18
0,87
0,75
0,56
20
0,86
0,74
0,54
Fator de utilização – é um índice da luminária que é influenciado pelas cores do teto,
parede e chão. Quanto mais claras as cores, maior será o rendimento da luminária.
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
13
Índice de reprodução de cores (IRC) – é a habilidade que a fonte luminosa tem de reproduzir fielmente as cores de vários objetos por ela iluminada. O melhor índice possível é
100.
Reator – é equipamento fornece tensão adequada para dar partida em lâmpada fluorescente e limitar a corrente da lâmpada. Pode ser do tipo magnético ou eletrônico, com partida
rápida ou convencional, e com baixo ou alto fator de potência. O tipo de reator utilizado influenciará no consumo de energia como pode ser visto na figura 3.2.[5]
Figura 3.2 – Tabela de reatores para lâmpadas fluorescentes [13]
Pela Figura 3.2 observa-se que um reator para luminária dupla de 40W tem perdas média de 23W, isso é mais que a metade da potência de uma das lâmpada. Um reator eletrônico
tem em média perdas entre 2W e 6W. Para este caso pode-se ter uma economia de no mínimo
17W com a troca do reator.
3.2.2 PRINCIPAIS TIPOS DE LÂMPADAS
Serão apresentadas informações sobre os principais tipos de lâmpadas e depois um gráfico que expõe a eficiência luminosa de cada uma delas.
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
14
3.2.2.1 - INCANDESCENTE COMUM
•
Excelente reprodução de cores. IRC = 100;
•
Baixa eficiência energética;
•
Vida útil de 1000 horas;
•
Não exige equipamentos auxiliares para funcionar;
•
Grande variedade de formas.
3.2.2.2 - INCANDESCENTE HALÓGENA
•
Excelente reprodução de cores;
•
Vida útil de 2000 horas;
•
Eficiência luminosa maior que a incandescente comum;
•
Exige equipamentos auxiliares, dependendo da tensão;
•
Vários tamanhos, inclusive com refletores.
3.2.2.4 - FLUORESCENTE
•
Boa de reprodução de cores;
•
Boa eficiência luminosa;
•
Vida útil de 7500 a 20000 horas;
•
Exige equipamentos auxiliares: reator e starter (partida convencional) ou só reator (partida rápida);
•
Forma tubular.
3.2.2.5 - FLUORESCENTE COMPACTA
•
Boa reprodução de cores;
•
Boa eficiência luminosa;
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
15
•
Vida útil de 3000 a 12000 horas;
•
Necessita de reator, porém já vem embutido na lâmpada;
•
Pequenas dimensões.
3.2.2.6 - MISTA
•
Moderada reprodução de cores;
•
Vida útil de 8000 horas;
•
Eficiência luminosa moderada;
•
Não exige o uso de equipamentos auxiliares.
3.2.2.7 VAPOR DE MERCÚRIO
•
Moderada reprodução de cores;
•
Vida útil de 12000 a 24000 horas;
•
Boa eficiência luminosa;
•
Exige uso de reator.
3.2.2.8 - VAPOR DE METÁLICO
•
Boa reprodução de cores;
•
Vida útil de 3000 a 20000 horas;
•
Boa eficiência luminosa;
•
Exige uso de reator.
3.2.2.9 - VAPOR DE SÓDIO ALTA PRESSÃO
•
Pobre reprodução de cores;
•
Alta eficiência luminosa;
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
16
•
Vida útil de 12000 a 55000 horas;
•
Exige uso de reator e ignitor. [4]
Figura 3.3 – Eficiência luminosa das lâmpadas [15]
Deve-se evitar o uso de lâmpadas incandescentes devido à baixa eficiência luminosa.
Lâmpadas de vapor metálico ou sódio são recomendadas apenas para ambientes externos, pois
apresentam baixo IRC. Assim, a fluorescente tubular é a lâmpada que apresenta melhor eficiência luminosa para ambientes externo.
3.2.3 – MEDIDAS DE IMPLEMENTAÇÃO A CURTO PRAZO
•
Evitar o uso de refratores opacos que eleva o índice de absorção dos raios em até
30%;
•
A iluminação dos ambientes deve ser desligada sempre que não houver a presença de pessoas. Uma solução para este caso é o uso de sensores de presença
para ativar a iluminação;
•
Sempre que possível utilizar apenas uma lâmpada de maior potência em vez de
várias lâmpadas de menor potência, pois quanto maior a potência da lâmpada
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
17
maior será seu rendimento. Porém, pode ter o inconveniente de quando queimar
a lâmpada, o local ficará sem iluminação;
•
Evitar uso de lâmpadas incandescentes e caso seja necessário usá-la, escolha utilizar lâmpadas com bulbo transparente;
•
As luminárias devem ser instaladas abaixo (com relação à altura da instalação)
das vigas do teto dos ambientes
•
Utilizar lâmpadas fluorescentes T8 de 16 ou 32W em substituição as lâmpadas
fluorescentes comuns T10 de 20 e 40W, respectivamente;
•
Lâmpadas incandescentes podem ser substituídas por lâmpadas fluorescentes
compactas de acordo com a Tabela 3.2.
Tabela 3.2 – Equivalência de fluxo luminoso entre lâmpadas incandescentes e compactas [5]
Tensão Lâmpadas Incandescentes Lâmpadas Compactas
Volts
(Watt)
25
5
40
9
50
13
60
127
70
15
75
80
90
100
25
30
40
50
220
60
70
75
20
25
5
9
11
15
80
20
90
23
100
25
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
18
Para que o nível de iluminação seja mantido ao longo do tempo é necessário algumas tarefas de manutenção.
•
As paredes, o forro e as janelas devem ser limpas com determinada freqüência.
Normalmente o projetista da iluminação indica o tempo entre as manutenções.
•
As luminárias devem ser limpas com freqüência. Sujeira reduz a iluminância. [5]
3.3 – CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA
3.3.1 – CONCEITOS
Unidades consumidoras utilizam varias cargas que consomem energia reativa indutiva,
como: transformadores, motores, reatores para lâmpadas de descarga, fornos de indução, entre
outros. Cargas indutivas requerem dois tipos de potência para seu funcionamento.
Potência ativa: é a potência que efetivamente realiza trabalho gerando calor, luz, movimento, etc.
Potência reativa: potência usada para criar e manter os campos eletromagnéticos das
cargas indutivas. Além de não realizar trabalho a potência reativa circula entre a carga e a fonte ocupando espaço no sistema elétrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia
ativa.
Temos ainda potência aparente que é a soma vetorial da potência ativa e reativa. [9]
Figura 3.4 – Triângulo de potência
Fator de potência é a razão entre a potência ativa e a potência aparente.
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
19
A correção do fator de potência traz outros benefícios além da questão do faturamento
de energia. Há vários benefícios para a unidade consumidora, tais como liberação da capacidade de transformadores e dos cabos, redução de perdas, melhoria da tensão, entre outros.
O fator de potência deve ser manter igual ou superior a 0,92 e inferior a 1 após a instalação dos bancos de capacitores.
3.3.2 – TIPOS DE CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA
Existem quatro maneiras de corrigir o fator de potência.
Correção feita na entrada de energia de alta tensão. Corrige o fator de potência visto da
concessionária, porém o custo é elevado.
Correção na entrada de energia de baixa tensão. Utiliza-se para instalações elétricas com
elevado número de cargas e potências diferentes. Normalmente utilizam-se bancos de capacitores automáticos.
Correção por grupos de carga. Corrige-se um setor ou um conjunto de máquinas pequenas (menor que 10CV). É instalada junto ao quadro de distribuição que alimenta a carga. A
desvantagem é não diminuir a corrente nos circuitos de alimentação de cada carga.
Correção localizada. Tecnicamente é a melhor solução. Reduz as perdas de toda a instalação, diminui a carga nos circuitos de alimentação da carga e gera potência reativa somente
onde é necessário. [9]
O faturamento de potência e consumo de energia reativa excedente pode ser faturado através do fator de potência horário ou mensal.
O faturamento da demanda e do consumo de energia reativa excedente horário é determinado pelas equações 3.1 e 3.2. [4]
(3.1)
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
20
(3.2)
Onde:
Fdrp- Faturamento de demanda de potência reativa excedente por posto tarifário, em R$;
Ferp- Faturamento de consumo de energia reativa excedente por posto tarifário, em R$;
Dat – demanda de potência ativa medida em cada intervalo de 1h, em kW;
Dfp – demanda de potência ativa faturada em cada posto horário, em kW;
Tdap – tarifa de demanda de potência ativa, por posto tarifário em R$/kW;
Cat – consumo de energia ativa medido em cada intervalo de 1 hora, em kWh;
Teap – tarifa de energia ativa, por posto tarifário em R$/kWh;
Fpp – Fator de potência calculado de hora em hora;
max – função que indica o maior valor da expressão entre parênteses, calculada em cada
intervalo de 1 hora;
t - cada intervalo de 1 hora;
n - número de intervalos de 1 hora;
p – posto tarifário, isto é, ponta ou fora de ponta para as tarifas horo-sazonais.
O faturamento da demanda e do consumo de energia reativa excedente mensal é determinado pelas equações (3.3) e (3.4). [4]
(3.3)
(3.4)
Onde:
Fdr - Faturamento de demanda de potência reativa excedente, em R$;
Fer - Faturamento de consumo de energia reativa excedente, em R$;
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
21
Dam – demanda de potência ativa máxima registrada no mês, em kW;
Df – demanda de potência ativa faturável no mês, em kW;
Tda – tarifa de demanda de potência ativa, em R$/kW;
Cam – consumo de energia ativa registrada no mês, em kWh;
Tea – tarifa de energia ativa, em R$/kWh;
Fp – Fator de potência médio mensal.
3.3.3 – MÉTODOS DE CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA
3.3.3.1 – MÉTODOS ANALÍTICO
O método baseia-se na resolução do triângulo das potências e pode ser realizada com a
equação (3.5)
PC = Pat.(tgΨ1 - tg Ψ2)
(3.5)
Onde:
Pc – potência do capacitor
Pat – potência ativa, em kW;
Ψ1 – ângulo do fator de potência original;
Ψ2 – ângulo do fator de potência desejado;
3.3.3.2 – MÉTODO TABULAR
Utiliza-se a tabela da Figura 3.5 para obter o fator para correção do fator de potência e
aplicado na equação (3.6)
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
22
PC = Pat.∆tg
(3.6)
Figura 3.5 – Fatores para correção do fator de potência
3.4 - CLIMATIZAÇÃO
O condicionamento de ar é um processo que visa controlar simultaneamente a pureza, a
umidade, a temperatura e a movimentação de ar, num delimitado ambiente. [4]
Atualmente, o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) tem
incentivado a eficiência de unidades de climatização.
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
23
Aparelhos com selo PROCEL apresentam uma taxa média de 0,95kW/10.000BTU contra uma taxa média de 1,35kW/10.000BTU de aparelhos mais antigos, permitindo uma eficiência de aproximadamente 30%. [5]
Varias medidas podem ser tomadas para que seja melhorada e eficiência da climatização.
3.4.1 – MEDIDAS A CURTO PRAZO
•
Utilizar somente aparelhos de ar condicionado com selo PROCEL;
•
Evitar a entrada de ar exterior no ambiente climatizado;
•
Limpar periodicamente os filtros do aparelho para melhorar seu rendimento;
•
Evitar que as áreas climatizadas fiquem expostas ao sol, evitando o aumento de
carga térmica da área. Utilize cortinas, persianas ou película de proteção solar
nas janelas;
•
Sempre desligar o aparelho que ambiente não seja utilizado ou que fique longos
períodos de tempo desocupado;
•
Nos dias frios manter apenas os ventiladores dos aparelhos de ar condicionado
ligado;
•
Designar uma pessoa para desligar os aparelhos de ar-condicionado em horários
predefinidos. [5]
3.4.2 – MEDIDAS A MÉDIO PRAZO
•
Reparar janelas e portas quebradas ou fora de alinhamento;
•
Reparar fugas de ar, água ou fluído refrigerante;
•
Isolar termicamente as tubulações de ar das centrais de climatização para evitar a
perda de calor (frio). [5]
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
24
3.4.3 – MEDIDAS A LONGO PRAZO
•
Em edificações antigas reavaliar o projeto de climatização adequando aos critérios atuais;
•
Utilizar barreiras verdes (árvores) para proteger janelas e portas de vidro da edificação contra a entrada de raios solares. [5]
3.5 – AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE INVESTIMENTOS EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Utiliza-se avaliação econômica para decidir se o investimento é viável ou não. Serão realizadas três avaliações: valor presente líquido, taxa interna de retorno e tempo de retorno de
capital.
3.5.1 – CONCEITOS BÁSICOS
Taxa de juros – Taxa percentual que mede o valor do juro por capital inicial num certo
período de tempo. Pode ser simples ou composto, em geral, se aplica o juros composto.
Taxa mínima de atratividade – Representa a rentabilidade mínima aceitável de um investimento. Serve como base de comparação com a taxa de rentabilidade do investimento
Montante simples ou valor futuro – é a soma do capital com o juros
Fluxo de caixa – maneira simplificada de se representar graficamente as entradas e saídas de um capital, através de determinados períodos. Tudo que for ganho, benefício, receita e
semelhantes, é representado por uma seta apontando para cima. Tudo que for gasto, despesa,
investimento e outros são representado por uma seta para baixo. [8]
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
25
Figura 3.6 – Exemplo de fluxo de caixa [11]
3.5.2 – CRITÉRIOS PARA TOMADA DE DECISÃO
3.5.2.1 – VALOR PRESENTE LÍQUIDO (VPL)
Neste critério, devem-se trazer para o presente todos os benefícios e custos. Caso o resultado do VPL seja positivo, significa que é interessante realizar o investimento. Caso o resultado seja negativo, significa que não é interessante realizar o investimento. Caso o resultado seja nulo, significa que não haverá ganhos e nem perdas com o investimento. No caso de
haver diferentes alternativas, a mais atraente será a que oferecer o maior valor presente líquido.
O valor presente líquido é dado pela equação (3.7)
(3.7)
Onde:
Fct – fluxo de caixa no t-ésimo período;
I – investimento inicial;
k – juros
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
26
3.5.2.2 – TAXA INTERNA DE RETORNO (TIR)
TIR é a taxa necessária para igualar o valor de um investimento com seus respectivos
retorno futuro ou saldos de caixa, ou seja, é fazer o VPL igual a zero. A TIR deve ser comparada com a taxa mínima de atratividade. Se a TIR for maior que a taxa mínima de atratividade, o investimento é atrativo.
A TIR é dada pela equação (3.8)
(3.8)
Onde:
Fct – fluxo de caixa no t-ésimo período;
I – investimento inicial
T – tempo
3.5.2.3 – TEMPO DE RETORNO DE CAPITAL (PAYBACK)
É o critério mais difundido no meio técnico devido à facilidade de sua aplicação. Tempo
de retorno do capital é o período de tempo necessário para ter o retorno do investimento inicial, sem considerar a taxa de juros. A análise é feita apenas dividindo-se o custo de implantação do empreendimento pela economia mensal.
PAYBACK = I/retorno mensal
(3.9)
3.6 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
Na iluminação é possível reduzir o consumo trocando as lâmpadas fluorescentes comuns de 20W e 40W por lâmpadas fluorescentes de volume reduzido de 16W e 32W. Também foi exposto que os reatores convencionais de lâmpadas fluorescentes podem apresentar
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
27
perdas consideráveis e devem ser substituídos por reatores eletrônicos. Atualmente os aparelhos de ar-condicionado com selo PROCEL consomem cerca de 30% menos energia. Foi apresentado a forma de corrigir o fator de potência para evitar pagar excedente reativo além de
mostrar três formas de avaliação econômica de investimentos.
CAPÍTULO 3 – Técnicas de eficientização de energia elétrica
28
CAPÍTULO 4
ESTUDO DE CASO
4.1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS
Superintendência Federal de Agricultura, Pecuária e Abastecimento (SFA) executam atividades operacionais do sistema de defesa sanitário, inspeção e fiscalização agropecuárias e
de promoção do desenvolvimento agropecuário, do cooperativismo e do associativismo rural.
O horário de trabalho da SFA do estado do Ceará é das 08:00h às 12:00h e das 14:00h às
18:00h de segunda-feira a sexta-feira.
Os dados do levantamento de carga da SFA estão no apêndice A. Para cada local verificava-se a potência e a quantidade de lâmpadas, o tipo de reator para lâmpadas fluorescentes
tubulares, a potência do ar-condicionado e também o tempo de funcionamento por dia do e
quantos dias no mês o local é utilizado. Somente foram contabilizados os aparelhos de arcondicionado antigos ou que não apresentavam selo do PROCEL.
4.2 - MUDANÇA DE TARIFAÇÃO
Inicialmente foi analisada a conta de energia de abril de 2011. A tabela 4.1 apresenta as
informações retiradas da conta.
Tabela 4.1 Dados da conta de abril de 2011
Modalidade tarifária
Convencional
Período de faturamento
21/03 até 19/04
Tensão de fornecimento
13,8 kV
Demanda contratada
150 kW
Demanda medida
121 kW
Consumo ativo faturado
23.332 kWh
Consumo
R$ 5.245,26
Demanda
R$ 9.001,50
Consumo de reativo excedente
R$ 575,06
Total
R$ 14.821,76
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
29
Pode-se observar que a tarifa é a convencional e que a demanda contratada é de 150
kW. Verifica-se que há faturamento de consumo reativo excedente e que o preço médio da
conta é de R$0,61/kWh. Lembrando que para o cálculo do preço médio devem-se retirar problemas como consumo de reativo excedente ou ultrapassagem de demanda. O objetivo do
preço médio é analisar se a modalidade tarifária é adequada para a unidade consumidora, portanto deve ser incluído apenas o preço de consumo e demanda. O preço médio obtido é alto,
logo justifica uma análise de troca de tarifação. Uma análise para correção do fator de potência será realizada em (4.5).
Há um problema quando não se tem acesso a telemedição e deseja-se simular uma troca
de tarifação para horosazonal. Na conta com tarifação convencional não a distinção entre os
horários de ponta e fora de ponta. Como na convencional não há horosazonalidade, a conta
mostra apenas o consumo total, portanto deve-se estimar o consumo na ponta.
Fez-se uma simulação com base na conta da Tabela 4.1. A simulação tem como base a
equação (4.1).
8horas. 22dias.x+16h.22dias.y+24h.8dias.y = consumo total
(4.1)
Onde:
x é o consumo médio em plena carga, ou seja, em horário de trabalho;
y é o consumo médio em carga leve.
Considerou-se um mês de 30 dias e 22 dias úteis. As duas primeiras parcelas da equação
dividem os 22 dias úteis do mês nos horários em plena carga e em carga leve. A terceira parcela é o consumo em carga leve nos finais de semanas ou feriados. A terceira parcela não foi
dividida em dois períodos de consumo, pois nos finais de semana e feriados não há faturamento do período de ponta. Através de conhecimento próprio do local, considerou-se que o
consumo em carga leve é 10% do consumo em plena carga, com isso é possível resolver a equação.
Depois de encontrar o consumo médio, o próximo passo é descobrir o consumo no horário de ponta. Nesse caso, como o horário de funcionamento é das 8:00h até 12:00h e das
14:00h até 18:00h, há 30 minutos de plena carga no horário de ponta (das 17:30h até 18:00h)
e 2 horas e 30 minutos de carga leve em horário de ponta. As equações (4.2) e (4.3) mostram
o consumo em plena carga na ponta e o consumo em carga leve na ponta, respectivamente.
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
30
Cp1 = 0,5horas.x.22dias
(4.2)
Cp2 = 2,5horas.y.22dias
(4.3)
Cptotal = Cp1 + Cp2
(4.4)
A equação (4.4) apresenta o consumo total na ponta. O próximo passo é calcular o consumo fora ponta com a equação (4.5).
Cfptotal = Ctotal – Cptotal
(4.5)
Nesse ponto já se tem todas as informações necessárias para simular a troca de tarifação. Agora só resta aplicar o preço de tarifa a cada consumo e demanda com as equações
(4.6), (4.7) e (4.8).
Fcfp = Cfptotal.Tcfp
(4.6)
Fcp = Cptotal.Tcp
(4.7)
Fd = Dc.Td
(4.8)
Onde:
Fcfp – Faturamento de consumo de energia fora de ponta;
Tcfp – Tarifa consumo de energia fora de ponta;
Fcp – Faturamento de consumo de energia na ponta;
Tcp – Tarifa de consumo de energia na ponta;
Fd – Faturamento de demanda;
Dc – Demanda contratada;
Td – Tarifa de demanda.
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
31
Ftotal = Fcfp + Fcp + Fd
(4.9)
A equação (4.9) apresenta o valor total da Fatura simulada.
A Tabela 4.2 apresenta os preços de demanda e consumo para tarifa verde e convencional. A Tabela 4.3 apresenta o resultado da simulação para tarifa verde.
Tabela 4.2 – Preços de demanda e consumo para tarifa verde e convencional
Demanda (R$/kW)
Verde
Convencional
16,97
60,01
Consumo fora ponta (R$/kWh) 0,22151
Consumo ponta (R$/kWh)
0,22481
1,74478
0,22481
Tabela 4.3 – Simulação de mudança de tarifação para horosazonal verde
Preço (R$)
Consumo calculado horário fora ponta (kWh) 21661,1 4.798,15
Consumo calculado horário ponta (kWh)
1670,9
2.915,37
Demanda contratada (kW)
150
2.545,50
10.259,02
Total
Preço médio (R$/kWh)
0,44
Observa-se que na tarifa verde há um aumento no preço do consumo de energia de
R$2.468,25. Porém, na demanda há uma economia de R$6.456,00, resultando numa economia
mensal de R$3.987,75 com a troca de tarifação.
Para validar a simulação são necessários os dados da telemedição. O sistema de telemedição apresenta dados dos meses de forma fechada, ou seja, no mês de abril é apresentado o
consumo total do dia primeiro de abril até 30 de abril. Enquanto na conta de energia o mês do
faturamento é quebrado, por exemplo, na Tabela 4.1 o faturamento é do dia 21 de março até
19 de abril.
Serão utilizados dados de março para validar a simulação. A escolha do mês de março
se deve ao fato do consumo ser próximo ao apresentado na Tabela 4.1, facilitando a comparação.
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
32
Tabela 4.4 – Resultados obtidos através da telemedição
Preço (R$)
Consumo total (kWh)
23633
Consumo fora ponta (kWh) 21951 4862,37
Consumo ponta (kWh)
1682
2934,72
Demanda contratada (kW)
150
2545,50
Total
10342,59
Preço médio (R$/kWh)
0,44
Comparando a tabela 4.3 com a tabela 4.4 observa-se o mesmo preço médio de
R$0,44/kWh. A diferença de R$83,57 no preço total pode ser explicado pela diferença no
consumo total de 300 kWh. Logo, a simulação é valida.
A tabela 4.5 apresenta a simulação de economia para os quatro primeiros meses do ano.
Tabela 4.5 – Economia dos quatro primeiros meses com a tarifa verde
mês
valor convencional valor tarifa verde
Economia
Janeiro
R$ 12381,11
R$ 7514,22
R$ 4866,89
Fevereiro
R$ 13400,35
R$ 9219,16
R$ 4181,19
Março
R$ 14270,89
R$ 10311,04
R$ 3959,85
Abril
R$ 13591,22
R$ 8779,22
R$ 4812,00
Total
17819,93
Média
4454,98
Apesar da média de economia ser R$4454,98 será utilizado o valor de R$3975,00(caso
pior que o calculado) para a economia com a troca de tarifa. Aproveitando-se a simulação validada, realizou-se outra simulação para verificar a economia se o horário da tarde fosse das
13:00h às 17:00h para fugir do horário de ponta. Verificou-se uma economia de cerca de R$
1.500,00.
A figura (4.1) apresenta o histórico de 1 ano de consumo e demanda.
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
33
Figura 4.1 – Histórico de consumo e demanda
Observa-se
se que nunca foi atingido o valor da demanda contratada (150 kW), portanto é
possível reduzi-la. Lembrando-se
Lembrando
que há uma tolerância de 5% onde não será pago a multa
por ultrapassagem de demanda. Pode-se
Pode se adotar a demanda mínima contratada
contra
de 141 kW.
Dessa forma a tolerância de demanda será de 148 kW (máxima registrada no histórico). Aconselha-se deixar alguma folga para a tolerância. Pode-se
se adotar uma demanda contratada de
144 kW que gera uma economia mensal de R$101,82 e com tolerância de 151 kW.
4.3 - ILUMINAÇÃO
A proposta de mudança das lâmpadas fluorescentes é apresentada na Tabela 4.6, reatores para as lâmpadas fluorescentes na Tabela 4.7 e das lâmpadas incandescentes na Tabela
4.8.
Tabela 4.6
4. – Mudança de lâmpadas fluorescentes
Atual
Proposto
Lâmpadas
mpadas fluorescentes 20W Lâmpadas
mpadas fluorescentes 16W
Lâmpadas
mpadas fluorescentes 40W Lâmpadas fluorescentes 32W
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
34
Tabela 4.7 – Mudança de reator
Atual (reator eletromagnético) Proposto (reator eletrônico)
1x20W (10W de perdas)
1x16W (2W de perdas)
2x20W (19,5W de perdas)
2x16W (3W de perdas)
1x40W (15,3W de perdas)
1x32W (3W de perdas)
2x40W (18,3W de perdas)
2x32W (3W de perdas)
Tabela 4.8 – Mudança para lâmpada incandescente
Lâmpada incandescente Lâmpada compacta
60W
11W
100W
25W
150W
25W
Foram contabilizadas 122 lâmpadas fluorescentes tubulares de 20W e 448 lâmpadas tubulares de 40W e todas com reatores eletromagnéticos. As perdas dos reatores atuais foram
retiradas da referência bibliográfica [5] e as perdas dos reatores eletrônicos foram retiradas do
site da OSRAM [10]. A Tabela 4.9 apresenta os custos das lâmpadas e dos reatores. A tabela
4.10 apresenta a economia mensal de consumo e demanda devido à eficientização.
Tabela 4.9 – Custo de lâmpadas e reatores
Custo unitário
Lâmpada fluorescente 16W
R$ 5,38
Lâmpada fluorescente 32W
R$ 5,38
Reator eletrônico 1x16W
R$ 10,71
Reator eletrônico 2x16W
R$ 12,18
Reator eletrônico 1x32W
R$ 7,90
Reator eletrônico 2x32W
R$ 20,25
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
35
Tabela 4.10 – Resultado da eficientização da iluminação
Atual
Proposto Diferença Economia (R$)
Consumo mensal (kWh) 3707,42 2360,26
1347,16
296,38
Demanda (kW)
9,58
162,41
27,1
17,47
Obtêm-se uma redução de cerca de 36% no consumo e uma economia mensal de
R$458,79. A tabela 4.11 apresenta os cálculos econômicos para tomar a decisão de fazer ou
não o investimento.
Tabela 4.11 – Cálculo econômico para iluminação
Investimento inicial
R$ 8.446,60
Economia mensal
R$ 458,79
Taxa de atratividade
1% ao mês
Vida útil
2 anos
Taxa interna de retorno 2,24%
Valor presente líquido
R$ 1.286,77
Payback
19 meses
A taxa interna de retorno é maior que a taxa de atratividade, indicando que o investimento é atrativo. Valor presente líquido é positivo, portanto deve ser realizado o investimento. O Payback é menor que a vida útil dos equipamentos, logo é atrativo realizar o investimento. Todos os indicadores econômicos apontam que o investimento deve ser realizado.
4.4 - CLIMATIZAÇÃO
No apêndice 1, foram contabilizados apenas os aparelhos de ar-condicionado que não
tinham selo PROCEL. A tabela 4.12 apresenta a quantidade de aparelhos de ar-condicionado.
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
36
Tabela 4.12 – Quantidade de aparelhos de ar-condicionado
Potência (btu) Quantidade
10000
14
10500
3
12000
3
15000
5
18000
4
21000
2
Considera-se a taxa média de 0,95kW/10.000BTU para os novos aparelhos de arcondicionado e taxa média de 1,35kW/10.000BTU de aparelhos contabilizados. Com estes
dados é possível calcular a redução no consumo e na demanda. Tabela 4.13 apresenta os resultados de economia mensal devido à troca por aparelhos de ar-condicionado eficientes.
Tabela 4.13 – Resultado da eficientização da climatização
Antigo
Novo
Consumo (kWh) 8711,01 6129,97
Demanda (kW)
53,53
Diferença Economia mensal (R$)
2.581,04
567,83
15,86
268,83
37,67
Portanto, obtêm-se uma economia mensal de R$ 836,66. A Tabela 4.14 mostra os cálculos econômicos para tomar a decisão de fazer ou não o investimento.
Tabela 4.14 – Análise econômica para climatização
Investimento inicial
R$ 34.169,00
Economia mensal
R$ 836,66
Taxa de atratividade
1% ao mês
Vida útil
5 anos
Taxa interna de retorno 1,36%
Valor presente líquido
R$ 3.408,99
Payback
40,84 meses
A taxa interna de retorno é maior que a taxa de atratividade, indicando que o investimento é atrativo. Valor presente líquido é positivo, portanto deve ser realizado o investimen-
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
37
to. O Payback é menor que a vida útil dos equipamentos, logo é atrativo realizar o investimento. Todos os indicadores econômicos apontam que o investimento deve ser realizado.
4.5 – CORREÇÃO DE FATOR DE POTÊNCIA
A figura 4.2 apresenta a correção do fator de potência no mês de abril para 0,95 que foi
obtida através da telemedição da Coelce. A telemedição é acessada através do site da Coelce.
[12]
Figura 4.2 – Correção do fator de potencia para 0,95 no mês de abril de 2011
Pela telemedição do dia 06/04/2011, encontrou-se os seguintes dados para o horário de
maior potência reativa:
Tabela 4.15 – Dados do momento de maior potência reativa
Valor
Fator de potência
0,86
Potência ativa correspondente 81 kW
Com esses valores, pode-se calcular o valor nominal do banco:
Qc = 81.[tan(cos-1 0,86) – tan(cos-1 0,95)] = 27,54 kVAr
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
(5.10)
38
O valor encontrado corresponde à potência para um banco de 380V. Como um banco de
capacitores é sensível a aumento de tensão é recomendado utilizar uma tensão nominal reforçada, ou seja, acima da tensão nominal da rede (380V).
É necessário sobredimensionar a potência nominal do banco de acordo com a equação
(5.11)
Qc440v = 27,54.
= 36,92 kVAr
(5.11)
Logo, adota-se um valor de:
Qc440v = 40 kVAr
(5.12)
Estimativa do preço de um banco de capacitor será de R$ 130,00 para cada 1kVAr. Deve-se utilizar um timer para manter o banco de capacitor ligado apenas no período que é faturado o excedente reativo indutivo que é das 06:00h às 00:00h. A tabela 4.15 apresenta os cálculos econômicos para tomada de decisão.
Tabela 4.16 - Análise economia para correção do fator de potência
Investimento inicial
R$ 5.200,00
Economia mensal
R$ 575,00
Taxa de atratividade
1% ao mês
Vida útil
5 anos
Taxa interna de retorno 11%
Valor presente líquido
R$ 20.444,70
Payback
9 meses
A taxa interna de retorno é maior que a taxa de atratividade, indicando que o investimento é atrativo. Valor presente líquido é positivo, portanto deve ser realizado o investimento. O Payback é menor que a vida útil dos equipamentos, logo é atrativo realizar o investimento. Todos os indicadores econômicos apontam que o investimento deve ser realizado.
.
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
39
4.6 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
Pode-se ainda fazer uma avaliação econômica final com todos os investimentos propostas. Com a troca das lâmpadas, troca dos reatores eletromagnéticos, troca dos aparelhos de arcondicionado e a correção de banco de capacitores, obtêm-se uma economia mensal de aproximadamente R$1.870,45. A tabela 4.17 apresenta os cálculos econômicos.
Tabela 4.17 – Análise econômica incluindo todos os investimentos
Investimento inicial
R$48.015,60
Economia mensal
R$1.870,45
Taxa de atratividade
1% ao mês
Número de períodos
60 meses
Taxa interna de retorno 3%
Valor presente líquido
R$ 33.268,66
Payback
28 meses
Verifica-se que a TIR é maior que a taxa de atratividade, o VPL é positivo e o payback
é de 28 meses. Todos os indicadores econômicos mostram que o investimento é atrativo. Deve-se lembrar que há uma redução de 25kW devido ao aumento de eficiência dos aparelhos.
Assim, a demanda contratada deve ser reduzida para 119kW (25kW a menos que a sugerida
no item 4.2).
Apenas com a troca de tarifação, redução de demanda sugerida no item 4.2 e mudança
do horário de trabalho para fugir do horário de ponta obtém-se uma economia mensal de
R$5,576,82. Nenhuma destas mudanças requer investimento inicial. A troca de tarifação e
redução de demanda é necessário apenas informar à concessionária sobre a pretensão de mudança. E a mudança de horário de trabalho é uma decisão administrativa.
CAPÍTULO 4 – Estudo de caso
40
CAPÍTULO 5
CONCLUSÃO
Este trabalho foi realizado com o objetivo de aplicar técnicas de eficientização energética, para reduzir perdas de unidades consumidores comerciais ou administrativas.
A análise da fatura de energia mostrou a importância da escolha da tarifa correta. Numa
fatura de aproximadamente R$14.000 é possível reduzir R$4.000,00 apenas trocando por uma
tarifa mais adequada. O mais importante é que essa economia não necessita de nenhum investimento inicial.
No sistema de iluminação houve uma redução de 36% de energia, considerando apenas
o consumo das lâmpadas fluorescentes e incandescentes que serão trocadas.
Considerando os investimentos iniciais individuais, a correção de fator de potência foi o
investimento com melhores indicadores econômicos e menor payback apresentados.
Separando as soluções com investimento inicial das soluções sem investimento inicial,
verifica-se que há economia maior nas soluções sem investimento inicial. É possível economizar R$ 5.576,82 com mudança de tarifação, redução de demanda contratada e mudança do
horário de trabalho para fugir do horário de ponta. Apesar das soluções com investimento inicial causarem uma economia de apenas R$ 1870,45 por mês, os indicadores econômicos mostram que o investimento é atrativo e deve ser realizado.
Apesar dos bons resultados, nenhuma solução foi implantada, nem mesmo as que não
necessitam de investimento.
Para trabalhos futuros, pode-se sugerir a reavaliação do projeto de climatização para verificar se está adequadamente dimensionado.
CAPÍTULO 5 - Conclusão
41
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1]
Bardelin, C. E. A, Impactos do Racionamento de Energia Elétrica de 2001 e 2002 no
Brasil, Escola Politécnica da USP, São Paulo.
[2]
ELETROBRÁS – Centrais Elétricas Brasileiras S.A e SIESE – Sistema de Informações
Empresariais do Setor de Energia Elétrica
[3]
Panesi, A. R. Q., Fundamentos de eficiência: energética industrial, comercial e
residencial, São Paulo, Ensino Profissional, 2006
[4]
ELETROBRÁS/PROCEL, Conservação de Energia: eficiência energética de
instalações e equipamentos, Itajubá-MG: EFEI, 2001.
[5]
Mamede, J. F, Instalações Elétricas Industriais, sétima edição, Rio de Janeiro: LTC,
2007.
[6]
Resolução ANEEL, nº 414 de 9 de setembro de 2010.
[7]
Costa, G. C. C, Iluminação Econômica: Cálculo e Avaliação. Porto Alegre:
EDIPUCRS, 1998.
[8]
Gomes, H. P, Eficiência Hidráulica e Energética em Saneamento: Análse Econômica
de Projetos, Rio de Janeiro: ABES, 2005.
[9]
Disponível na URL: http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-correcao-do-fatorde-potencia-958-manual-portugues-br.pdf, acessado em 14/05/2011
[10] Disponível
na URL:
http://www.osram.com.br/osram_br/Ferramentas_%26_Catlogos/Downloads/Sistemas_
Eletronicos/index.html acessado em 10/05/2011.
[11] Disponível
na URL: http://silveiraneto.net/estudos/lista-8-de-matematica-financeira/
acessado em 11/05/2011
[12] Disponível
na URL: http://www.coelce.com.br/default.aspx acessado em 21/04/2011
Referência Bibliograficas
42
[13] Niskier,
J, Instalações elétricas. quinta edição, Rio de Janeiro: LTC, 2008.
[14] Disponível
na URL:
http://www.forumclima.pr.gov.br/arquivos/File/pnmc_consulta_publica.pdf acessado
em 11/05/2011
[15] Disponível
na URL: http://www.sylvania.com.br/index4.htm acessado em 08/05/2011
Referência Bibliograficas
APÊNDICE A
(LEVANTAMENTO DE CARGA DA SFA)
LOCAL
Sala
Recursos Humanos
Corredor RH
Execução orçamentaria
WC masculino
WC feminino
Comunicação e protocolo
Biblioteca
Area em baixo da escada
WC masculino
WC feminino
SAD
WC masculino 1º andar
WC feminino 1ºandar
cantina
corredor 1º andar
WC masculino
WC feminino
Comissão de sindicância
Licitação
Setor de planejamento
Auditório superior
Gabinete superintedência
Corredor térreo
WC masculino
WC feminino
SAG
Transporte
Sala de vigilância
Galpão
Sisme
WC masculino
WC feminino
Copa
Recepção
Depósito
Secretaria - chefia
Area tecnica
limpeza
WC limpeza
Centro de processamento
Bloco 2- recepção
Banheiros
Copa
corredor
SEFAG
SISA
DPDAG
Deposito
WC auditorio
Copa auditorio
Area atras da copa
EXISTENTE
FLUORESCENTE
INC
1x20 2x20 3x20 2x32 1x40 2x40 3x40 4x40
60
1
12
1
CPT
100
150
9
12
18
20
22
Vap. Met
Halógena
150
300
400
REATOR ELETROMAG.
350 1x20 2x20 1x40 2x40 7,5 10 10,5 12
13
1
12
1
10
1
1
4
1
1
EQUIPAM. POT. (1000 BTU/h)
Janela
15
18
13
10
1
1
4
1
1
3
1
1
1
6
1
2
1
14
2
2
1
1
6
1
2
1
14
2
2
2
2
3
6
8
14
2
2
1
2
2
2
3
6
8
14
1
1
2
2
1
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
3
1
1
2
2
1
2
2
2
2
1
2
2
2
1
2
2
4
9
1
1
2
2
4
9
1
1
6
2
5
6
2
1
5
1
4
1
3
1
4
14
12
12
1
5
4
6
1
3
14
12
12
1
5
4
6
1
2
1
1
Observações
21
30
Horas/
Dia
Dias/
Mês
8
3
8
1
1
8
8
1
2
2
8
1
1
3
8
1
1
1
8
8
1
8
1
1
1
8
14
1
4
22
22
22
22
22
22
22
11
1
1
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
1
1
4
8
8
8
8
8
1
8
8
1
3
8
8
8
8
1
1
1
1
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
LOCAL
Sala
EXISTENTE
FLUORESCENTE
INC
1x20 2x20 3x20 2x32 1x40 2x40 3x40 4x40
60
Sala servidor
Área externa
Auditório
Cozinha de apoio
Almoxarifado térreo
Banco
2
1
Total
6
2
4
4
31
6
4
CPT
100
150
9
12
18
10
20
22
11
16
Vap. Met
Halógena
150
300
400
REATOR ELETROMAG.
350 1x20 2x20 1x40 2x40 7,5 10 10,5 12
2
1
66
2
2
6
14
58
128
1
10
216
2
0
3
10
1
1
1
0
27
0
68
0
0
EQUIPAM. POT. (1000 BTU/h)
Janela
0
6
58
12
4
4
31
6
2
14
218
15
3
0
14
3
3
5
18
Observações
21
1
1
2
4
2
30
0
Horas/
Dia
Dias/
Mês
3
12
1
1
8
8
22
22
22
22
22
22