aplicação do modelo energy service company (esco) em...

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Aplicação do modelo Energy Service Company (ESCO) em

retrofitting industrial no contexto português

Componente Tecnológica

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Selecção de Equipamentos:

Na indústria em geral é muito frequente o desperdício de potência instalada, quer em sistemas de força motriz, quer em sistemas de iluminação. A implementação de oportunidades de racionalização de consumo (ORC) carece de equipamentos de controlo adequados a cada situação e sistema. Nesta secção vamo-nos debruçar sobre a selecção e avaliação de alguns destes sistemas de controlo.

Força Motriz: Vamos centrar a nossa análise, nesta secção, nos sistemas de força motriz que tem como elemento de transformação de energia, motores de indução trifásicos. Os motores de indução trifásicos presentes na indústria estão geralmente dimensionados para picos de carga, aumentados de um factor de segurança que pode exceder os 30%. Nestas condições, o regime de carga dos motores de indução estará abaixo dos 50% da potência nominal, durante uma parte significativa da sua vida útil, resultando em degradação do rendimento do motor e degradação do factor de potência de toda a instalação. Outro facto relevante, à medida que a potência dos motores em análise aumenta, é o arranque dos mesmos. A elevada corrente de arranque aliada a factores de simultaneidade deverá sempre ser tida em conta em análises de eficiência energética e identificação de ORC. Vamos analisar alguns equipamentos de controlo passíveis de serem utilizados em implementações de ORC.

Variador Electrónico de Velocidade: A velocidade dos motores de indução trifásicos é determinada pelos seguintes parâmetros:

• Tensão de alimentação, • Número de pares de pólos • Factor de carga (a velocidade diminui ligeiramente à medida que a carga aumenta).

p

fn =1

, em que:

1n - Velocidade de rotação. f - Frequência da rede de alimentação. p - Número de pares de pólos.

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Pela equação acima existem duas grandezas controláveis para variar a velocidade: o número de pares de pólos ou a frequência.

Ao variar o número de pares de pólos actua-se na velocidade de sincronismo do motor. Este método não permite variar continuamente a velocidade.

Variando a frequência de alimentação do motor varia-se a velocidade, porque esta é dependente da velocidade no espaço do campo estatórico que é dependente da frequência da tensão de alimentação.

A tensão de alimentação é proporcional ao produto da frequência pela indução magnética no entreferro do campo resultante. Assim, para manter uma utilização satisfatória do circuito magnético, quando se varia a frequência deve também variar-se a tensão.

Este método de controlo assenta em manter aproximadamente constante a relação V/f, para velocidades abaixo da velocidade nominal. Para velocidades superiores à velocidade nominal, a tensão é mantida constante e igual ao seu valor máximo, pelo que o fluxo magnético no entreferro decresce à medida que a frequência aumenta.

Ao actuar na frequência para se obter a velocidade que se pretende no motor, é necessário assegurar os níveis de fluxo desejados, ou seja, o fluxo utilizado deve ser o mais elevado possível, sendo o seu valor máximo limitado pela saturação do circuito magnético. Tal significa que é necessário garantir um fluxo máximo constante para todas as velocidades do motor. Assim sendo, o controlo deve ser coordenado entre tensão e frequência.

Analisando o motor em regime permanente, assumindo tensões e correntes de alimentação sinusoidais, pode concluir-se que o fluxo no entreferro é determinado pela tensão no enrolamento estatórico, desprezando a queda de tensão na impedância do estator. Pode-se obter um razoável estado magnético se se variar a tensão e a frequência do estator. Esta relação é aproximadamente linear até cerca de 1/3 da velocidade nominal. A partir daí a relação tensão/frequência aumenta.

Com base nesta relação, a curva de binário motor em função do deslizamento sofre uma transladação segundo o eixo da velocidade, sem deformação:

Figura 1: Relação entre as curvas do binário/velocidade dos motores de indução trifásicos e a frequência

fundamental de alimentação

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O objectivo dos VEVs é forçar o deslocamento da curva do binário em função da velocidade dos motores de indução, mantendo o binário máximo e o declive da região linear da curva aproximadamente constante, como exemplificado na Figura 2. A topologia básica de um sistema VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) está representada na Figura 3.

Figura 2: Motor de indução trifásico alimentado por um circuito PWM-VSI (Pulse Width Modulated Voltage

Source Controller) com díodos rectificadores.

Na Figura 3 está representada a topologia básica dos VEVs mais utilizados actualmente, trata-se de VEVs com inversor por fonte de tensão e modulação por largura de impulso. O circuito é constituído por três partes:

• A primeira parte é a ponte rectificadora que está ligada à rede, que assegura a conversão de AC para DC.

• A segunda parte trata-se de um filtro de tensão constituído por duas bobinas e um condensador. Este circuito limita a modulação de tensão que passa para o inversor.

• O inversor é constituído por seis transístores e seis díodos, ligando a cada uma das fases do motor. O modo de funcionamento do inversor consiste em comutar a tensão contínua, resultando à saída três formas de onda compostas por vários impulsos de diferentes larguras. Assim, actua-se sobre a amplitude e frequência da tensão de alimentação do motor, controlando a sua velocidade angular e o seu binário.

A utilização de sistemas com semicondutores de potência a funcionar em regime de comutação revela-se muito eficiente. Devido aos elevados valores de eficiência dos variadores electrónicos de velocidade, pode afirmar-se que a eficiência total do sistema VEV/motor é quase sempre superior a 80%. As cargas podem ser classificadas em três grupos, consoante o binário aumenta, diminui ou permanece constante com o aumento da velocidade angular. Como a potência mecânica é igual ao produto do binário pela velocidade angular, a variação de velocidade nos dois primeiros grupos pode conduzir a reduções significativas no consumo de energia. Tapetes rolantes, bombas, compressores ou ventiladores são alguns exemplos de aplicações nos quais a variação de velocidade se torna vantajosa. O controlo de velocidade com VEVs pode conduzir ao melhoramento dos processos, menor desgaste do equipamento mecânico, menor desgaste do motor de indução devido aos arranques/paragens suaves e poupanças de energia significativas. No entanto, este tipo de controlo possui algumas desvantagens como a possibilidade de produção de interferências electromagnéticas, injecção de harmónicos na rede e redução do tempo de vida dos motores de indução, devido ao aumento da sua temperatura, ocorrência de descargas parciais no seu sistema de isolamento e circulação de correntes nos seus rolamentos.

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Soft-Starter: Os motores de indução são suficientemente robustos para arrancarem directamente da rede. No entanto, durante a fase inicial de arranque, o arranque directo implica um consumo de corrente 5 a 7 vezes superior à corrente nominal do motor. A elevada corrente de arranque pode ter efeitos nocivos no motor e na instalação eléctrica. O sobreaquecimento que o excesso de corrente provoca, pode deteriorar os isolamentos do motor. A instalação eléctrica tem de ser dimensionada para os elevados valores de corrente esperados no arranque, caso contrário os dispositivos de protecção poderão disparar. A queda de tensão da linha no momento de arranque pode também causar danos ou paragens não programadas a outros equipamentos alimentados pela mesma linha, perturbando ciclos de produção com prejuízos avultados. A versatilidade e as potencialidades dos semicondutores de potência actuais, juntamente com a possibilidade de utilizar algoritmos de controlo sofisticados, permitem o surgimento de técnicas de controlo de motores muito poderosas. Estes componentes designam-se por conversores estáticos. Assim sendo, surgem os soft-starters que, tal como o próprio nome indica, ajudam a suavizar o arranque, tornando-o menos agressivo quer para o motor, quer para a instalação eléctrica. Este dispositivo trata-se de um VVFF (Variable Voltage Fixed Frequency), ou seja, só actua na tensão. O soft-starter controla a tensão de maneira a que a corrente fornecida durante o arranque corresponda a uma curva suave, limitando o pico de corrente de arranque a 3 a 4 vezes a corrente nominal. Isso é alcançado através da utilização de dois tirístores em anti-paralelo, como indicado na Figura 4.

Figura 3: Motor de indução trifásico alimentado por um conversor VVFF (Variable Voltage Fixed Frequency) ou soft-starter.

Cada fase de alimentação possui um par de tirístores antiparalelos, sendo a tensão aplicada aos terminais do motor em função do ângulo de disparo dos tirístores. Inicialmente, os tirístores são disparados com intervalos muito curtos, provocando um valor de tensão reduzido. O motor modifica o binário e a corrente em função da tensão aplicada. À medida que o arranque decorre, o sistema de controlo vai aumentando o ângulo de disparo, mantendo a corrente reduzida. Controlando o ângulo de disparo dum conversor VVFF é possível controlar a tensão do estator e, consequentemente, a eficiência do motor. Todas as estratégias de controlo estudadas até hoje são baseadas em tentativas de seleccionar uma variável e mantê-la constante ou minimizá-la. Poderia ser manter o ângulo de disparo constante ou mínimo, ou manter o factor de potência constante, a corrente mínima no estator ou ainda minimizar a potência de entrada. Estudos revelaram que a melhor eficiência é obtida quando se minimizava o factor de potência ou a potência de entrada.

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Regulador de Fluxo: O Regulador de Fluxo, à semelhança dos Soft-Starter, utiliza a comutação de tirístores para controlo de tensão. Além de ser um aparelho de regulação de tensão em regime de funcionamento permanente do motor, com as poupanças em consumo associadas a esta funcionalidade, realiza funções de arranque suave, paragem suave e controlo da alimentação ao motor em situações de paragens prolongadas.

Sendo o binário motor proporcional ao quadrado da tensão e esta proporcional à indução magnética, a acção sobre a velocidade é nula, visto que numa gama de tensões próximas do valor nominal as características binário/velocidade são muito próximas. Deste modo o Regulador de Fluxo não altera a velocidade de rotação do motor, adequando a alimentação ao binário necessário a cada momento.

O processador da placa integrada de controlo do Regulador de Fluxo adequa o disparo dos tirístores à necessidade de binário na carga, aproximando-o ou afastando-o do início da onda de tensão. Na Figura 5 está representado um circuito equivalente deste tipo de controlo e a respectiva forma de onda

Figura 5: Princípio de funcionamento do Regulador de Fluxo

A corrente coincide com o ponto de disparo (a) do tirístor. Assim, provoca a deslocação do factor de potência de (0) até (a). Esta deslocação reduz a corrente, melhora o factor de potência e reduz a potência absorvida, resultando na diminuição de temperatura e das perdas do motor, prolongando o seu tempo de vida. No entanto, este método introduz distorções harmónicas, devido ao disparo dos tirístores. Foram efectuados estudos de onde se concluiu que para cargas superiores a 90% da potência nominal do motor, o Regulador de Fluxo conduz totalmente, o que significa que as perdas de condução associadas aos tirístores degradam a eficiência do conjunto Regulador de Fluxo motor em cerca de 1,5% relativamente a um motor ligado directamente à rede. Para cargas inferiores a 50% o Regulador de Fluxo consegue melhorar a eficiência do motor. Assim sendo, o Regulador de Fluxo é uma boa opção para suavizações de arranque, mas só melhora a eficiência em casos em que o motor de indução trifásico opere para condições de carga inferiores a 50% da sua potência nominal a maior parte do tempo. No entanto, com os avanços da tecnologia electrónica, actualmente, os Reguladores de Fluxo estão cada vez mais eficientes e existem equipamentos desta natureza com funções de poupança de energia para diversos regimes de carga.

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Testes em laboratório: Os ensaios e testes descritos nesta secção foram realizados no Laboratório de Máquinas Eléctricas da FEUP por Natália das Dores Angélico da Costa, no âmbito da Dissertação Metodologia de Análise Técnica

de Melhoria de Eficiência Energética Resultante da Utilização de Controladores em Motores Eléctricos. Os equipamentos testados foram disponibilizados pelo Laboratório de Máquinas Eléctricas da FEUP e pela BLB Engenharia. Do Laboratório foram usados o soft-starter SSW05 Plus da WEG, um equipamento de comutação estrela-triângulo e dois motores da WEG com classificação EFF1 e EFF2, que possuem as seguintes características:

Tabela 1: Características dos motores utilizados nos ensaios laboratoriais.

Características do Motor EFF1 Características do Motor EFF2 In (A) 10,4 In (A) 10,6 Un (V) 400 Un (V) 400 f (Hz) 50 f (Hz) 50

Pn (W) 5500 Pn (W) 5500 n (rpm) 1465 n (rpm) 1465

φcos 0,85 φcos 0,85 Para os ensaios de arranques recorreu-se a um alternador síncrono trifásico associado a cargas óhmicas como simulador de carga, visto que os arranques não podem ser testados com a ajuda do dinamómetro, devido às elevadas correntes que lhe estão associadas. A BLB Engenharia cedeu o MEC da Power Electronics Systems e o Powerboss da Somar, ambos Reguladores de Fluxo, embora com tecnologias de base diferentes. Enquanto o Powerboss recorre à arquitectura descrita na secção anterior, o MEC recorre a dois transformadores. A comutação de tensão é controlada por uma de circuito integrado. A figura 6 mostra o princípio de funcionamento do MEC. Este Regulador de Fluxo foi incluído nesta avaliação por ser singular na medida em que varia a tensão de forma passiva, permitindo-lhe não introduzir distorção harmónica, pelo corte da onda de tensão, como os restantes equipamentos em teste.

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Figura 6: Princípio de funcionamento do MEC.

Quanto a equipamento de medição foram utilizados um osciloscópio (para análise de arranques) e o analisador de redes CA8334B da Chauvin Arnoux disponibilizados pelo Laboratório, bem como um analisador de redes idêntico cedido pela BLB Engenharia.

Ensaios em Regime Permanente: Os ensaios em regime permanente foram realizados de acordo com o Método A da Norma IEEE 112, ou seja, através da utilização de um dinamómetro associado a uma balança, sendo a eficiência calculada como o rácio entre a potência eléctrica de entrada e a potência mecânica de saída. Foram efectuados ensaios para situações de carga de 100% a 0% com um intervalo de 5 em 5%. Os ensaios em regime permanente devem ser iniciados no regime nominal devido ao aquecimento do motor com a carga. Assim, visto que a carga diminui ao longo do ensaio não se correm riscos de sobreaquecimento do motor. Na Figura 7 está representado o esquema de ligações para a realização dos ensaios em regime permanente:

Figura 7: Diagrama representativo do esquema de montagem para ensaios em regime permanente.

Quando o induzido de uma máquina de corrente contínua é percorrido por corrente eléctrica, desenvolve-se um binário mecânico. Esse binário é equilibrado por um outro binário de reacção igual e oposta que se

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desenvolve na carcaça da máquina. Normalmente este binário é transmitido à base de sustentação da máquina, no entanto, se a carcaça for sustentada por rolamento, deslocar-se-á. Este movimento poderá ser transmitido a uma balança através de um braço tornando possível a medição da força necessária para que a carcaça fique imóvel. Como o comprimento do braço é conhecido pode-se determinar o binário de reacção. Esta máquina é denominada por dinamómetro. O binário de reacção é igual ao binário desenvolvido no induzido do dinamómetro, que por sua vez é igual ao binário que se desenvolve na máquina que está a ser testada, desde que a velocidade esteja estabilizada. Há assim possibilidade de conhecer o binário desenvolvido por uma máquina em ensaio.

Se a velocidade for conhecida (pode ser medida com um taquímetro) pode-se calcular a potência útil fornecida ao veio.

O dinamómetro pode funcionar como gerador ou motor de acordo com a máquina a testar. Na banca do Laboratório de Máquinas Eléctricas da FEUP a potência desenvolvida pelo dinamómetro pode ser devolvida à fonte, dispensando-se apenas a que serve para alimentar as perdas. Se o dinamómetro estiver a funcionar como gerador, ou seja ensaiando um motor, devolve energia eléctrica para a rede de corrente contínua com a qual está em paralelo.

A folha de características do dinamómetro possui a seguinte fórmula de cálculo da potência em função dos restantes parâmetros envolvidos em ensaios com dinamómetro:

nTP ××=974,0

1,

em que: P – Potência útil no veio do motor (W). T - Binário aplicado ao motor, visualizado através da balança (N.m). n – Velocidade do motor (medida através dum taquímetro) (rpm).

974,0

1– Constante aplicada para cálculo da potência.

Assim sendo, sabemos que o binário que temos de aplicar no dinamómetro para obtermos a potência pretendida de acordo com o regime de carga é dado por:

n

PT

974,0×= .

Para o regime nominal a potência útil será de 5500W. A velocidade nominal é de 1465 rpm, logo o binário que deve ser aplicado no dinamómetro é:

NmT 65,31465

974,05500=

×= .

E assim sucessivamente, para cada um dos regimes de carga pretendidos, em que a potência é a percentagem de carga pretendida multiplicada pela potência nominal do motor e a velocidade é medida com o taquímetro.

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Análise dos Resultados Obtidos:

De seguida, apresentam-se alguns dos resultados obtidos:

Figura 4: Comparação de eficiências para o motor de 5,5kW de classificação EFF1, para diferentes métodos de

controlo. A eficiência do conjunto controlador/motor foi obtida dividindo a potência mecânica fornecida através do dinamómetro pela potência eléctrica à entrada do controlador, obtida através dum dos analisadores de redes.

Da Figura 8 pode-se concluir que para cargas pequenas, do vazio até aproximadamente 35%, o MEC e o Powerboss são bastante mais eficientes do que as configurações com directo/estrela-triângulo e soft-starter. O soft-starter é também mais eficiente para cargas reduzidas, encontrando-se bastante afastado do Powerboss, mas muito próximo do MEC. Até 35% da carga o Powerboss revela-se muito mais eficiente do que os outros métodos. Em condições de carga reduzidas, a corrente do motor é reactiva provocando um campo electromagnético. As principais perdas são as perdas no ferro que se traduzem por uma função quadrática do fluxo e da tensão. Portanto, diminuindo a tensão, diminuem as perdas no ferro, o que se traduz num aumento de eficiência. Por essa razão o Powerboss consegue ser tão eficiente para cargas reduzidas.

A partir de 40% de carga a eficiência dos diferentes métodos é bastante próxima.

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Figura 5: Comparação de eficiências para o motor de 5,5kW de classificação EFF2, para diferentes métodos de

controlo.

Da Figura 9 retira-se que, à semelhança do motor de classificação EFF1, para cargas diminutas o MEC e o Powerboss são bastante mais eficazes do que o directo/estrela-triângulo. O soft-starter possui um comportamento próximo do MEC e do Powerboss, embora possua uma eficiência menor para cargas reduzidas.

O Powerboss é mais eficiente do que os outros métodos até 20% da carga. No entanto, a diferença entre os valores de eficiência do Powerboss e os valores dos outros métodos não é tão acentuada como no caso do motor EFF1. A partir de 20% da carga os valores de eficiência dos métodos são bastante semelhantes e são inferiores aos valores de eficiência do caso anterior.

A comparação de potência reactiva à entrada do motor está representada nas figuras seguintes:

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Figura 6: Comparação de potência reactiva à entrada do motor de classificação EFF1 para os diferentes métodos

de controlo.

Figura 7: Comparação de potência reactiva à entrada do motor de classificação EFF2 para os diferentes métodos

de controlo.

No que toca a potência reactiva, o comportamento dos equipamentos em ambos os casos (EFF1 e EFF2) é semelhante, embora a potência reactiva no motor EFF2 atinja valores superiores.

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O soft-starter e o directo/estrela-triângulo possuem valores idênticos. O Powerboss e o MEC possuem os valores mais reduzidos de potência reactiva. Até cerca de 80% da carga a diferença entre estes métodos e os restantes é substancial. No entanto, para os valores mais elevados de carga todos os métodos possuem valores semelhantes. Para cargas até 20% o Powerboss demonstra um comportamento melhor do que o MEC, uma vez que a potência reactiva é menor. Entre 20 e 80% o melhor método é o MEC. Uma vez que o MEC possui dois transformadores internos, a forma de onda não sofre as distorções que os tirístores do Powerboss impõem.

A comparação entre os factores de potência dos diversos métodos para o motor de classificação EFF1 está representada na Figura 12:

Figura 8: Comparação de factor de potência à entrada do motor de classificação EFF1, para os diferentes

métodos de controlo.

Através da observação da Figura 12 constata-se que o factor de potência tem um comportamento de acordo com os aspectos observados na análise da Figura 10, referentes a comparação de potência reactiva.

Assim sendo, o MEC e o Powerboss possuem um factor de potência bastante superior ao soft-starter e ao directo/estrela-triângulo. Estes valores só se cruzam a partir de 85% da carga. Até 20% o melhor método é o Powerboss. De 20% a 85% o factor de potência mais elevado é conseguido pelo MEC. O soft-starter e o directo/estrela-triângulo andam sempre bastante próximos.

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Figura 9: Comparação de factor de potência à entrada do motor de classificação EFF2, para os diferentes

métodos de controlo.

Para o motor de classificação EFF2 a partir de 75% da carga os factores de potência dos quatro métodos são bastante semelhantes. O MEC e o Powerboss superam bastante os outros dois métodos, sendo o Powerboss o método com factor de potência mais elevada até 75% da carga. Para o motor de classificação EFF2 o factor de potência é menor do que na aplicação ao motor de classificação EFF1 para todos os métodos. Tal deve-se a aspectos construtivos que levam o motor de classe EFF1 a possuir um comportamento melhor do que o EFF2.

De seguida, serão comparados os valores de potência activa à entrada do motor, para cargas inferiores a 35%, entre as diversas configurações.

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Figura 10: Comparação de potência activa à entrada do motor EFF1 de 5,5 kW, em função da carga, para os

diferentes métodos de controlo. Para o motor EFF1, para cargas inferiores a 35% o Powerboss é o equipamento mais eficiente, seguido pelo MEC.

É visível na Figura 14, que tanto o MEC como o Powerboss, colocam à entrada do motor uma potência activa de valores relativamente semelhantes. O soft-starter coloca uma potência mais elevada à entrada do motor do que o MEC e o Powerboss até cerca de 17% de carga. Entre 17% e 25% o soft-starter coloca menos potência do que o Powerboss, mas mais do que o MEC. A partir de 25% o soft-starter coloca mais potência à saída do motor do que o MEC e o Powerboss. O método directo/estrela-triângulo, inicialmente, fornece ao motor uma potência bastante superior à dos outros métodos o que se traduz numa eficiência mais reduzida. No entanto, à medida que a carga aumenta os valores dos quatro métodos vão sendo cada vez mais próximos o que significa que a eficiência dos diferentes sistemas vai-se aproximando.

Assim sendo, conclui-se que os três arrancadores conseguem uma melhor eficiência do motor para cargas reduzidas.

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Figura 11: Comparação de potência activa à entrada do motor EFF2 em função da carga para os diferentes

métodos de controlo. Para o motor EFF2, a potência activa para cargas reduzidas com MEC e com Powerboss é praticamente a mesma. O soft-starter inicialmente coloca mais potência à entrada do motor.

Entre 5% e cerca de 18% da carga os valores do Powerboss são melhores do que o do MEC e o soft-starter encontra-se a meio desses valores. De 18% até 35% os valores do Powerboss são superiores aos do MEC. Neste intervalo, o Powerboss ultrapassa a potência activa à entrada do motor na configuração directo/estrela-triângulo. Ao longo de quase todo o gráfico a potência activa do directo/estrela-triângulo é superior à dos outros métodos.

Tal como no caso do motor EFF1, os três arrancadores conseguem uma melhor eficiência por parte do motor para cargas reduzidas. No entanto, de um maneira geral os valores de potência à entrada do EFF2 são superiores, o que significa que o motor EFF2 consome mais, ou seja, é menos eficiente.

Ensaios de Arranques: Os ensaios de arranques foram realizados através dum método indirecto, uma vez que não é possível utilizar o dinamómetro para realizar este tipo de estudos, devido às elevadas correntes que estão associadas a arranque de motores. Assim sendo, recorreu-se a um alternador síncrono trifásico associado a cargas óhmicas de 4kW, como representado na Figura 16:

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Figura 12: Diagrama representativo do esquema de montagem para ensaios de arranques.

A energia que o alternador tem de produzir simula a carga no motor. O motor utilizado foi o de 5,5kW EFF1. Para além dos equipamentos testados em regime permanente, foram também utilizados um auto-transformador e o variador electrónico de velocidade CFW08 Plus da WEG cedidos pelo Laboratório de Máquinas Eléctricas.

Para este tipo de ensaios foi utilizado o osciloscópio, visto que o Chauvin Arnoux só consegue fazer medições a 1s, ou seja, não possui capacidade de leitura deste tipo de transitórios, que ocorrem em tão curto espaço de tempo. Os resultados foram obtidos colocando a pinça amperimétrica do osciloscópio numa das fases de ligação ao motor. Assim, obtiveram-se diversas formas de onda, de acordo com o método de arranque testado.

Foram simulados arranques para 25, 50, 75 e 100% da carga do motor com auto-tranformador, MEC, Powerboss, VEV, soft-starter, estrela-triângulo e arranque directo. O pior caso é à plena carga, visto que o pico de corrente aumenta com a carga e, como tal, de seguida são analisadas algumas formas de onda nessa situação.

ARRANQUE DIRECTO: O arranque directo é a forma mais simples e uma das mais utilizadas em arranque de motores de indução. O motor é ligado directamente à rede de alimentação sem qualquer dispositivo. A corrente de arranque sobe a valores que variam de 5 a 7 vezes a corrente nominal. Em Portugal este tipo de arranque está condicionado pela legislação existente. De acordo com o RSIUEE, as elevadas correntes de arranque dos motores podem provocar: aquecimento excessivo dos condutores e das canalizações, actuação dos aparelhos de protecção e quedas de tensão. Para evitar estas situações, a legislação prevê os seguintes tipos de arranque:

- Directo para motores de potências menores ou iguais a 4kW.

- Estrela-triângulo para potências até 11kW, incluído.

- Motores com potências superiores a 11kW só poderão ser ligados à rede após acordo prévio com o distribuidor.

As situações em que não se deve utilizar arranque directo referem-se aos casos em que o binário motor excede de tal forma o binário resistente que o binário acelerador se torna demasiado elevado, o que coincidirá com uma inércia total de accionamento baixa. Como resultado, a aceleração pode ser excessiva e levantar problemas, tais como:

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- Roturas nos elementos mecânicos da máquina e da transmissão.

- Falta de conforto, no caso dos veículos.

- Reduzida exactidão, se tiver que se parar a máquina numa determinada posição.

Segue-se a imagem obtida com o osciloscópio no arranque directo à carga nominal:

Figura 13: Forma de onda da corrente de fase aos terminais do motor no arranque directo.

Como se vê na Figura 17, o pico de corrente é de cerca de 60A e o tempo de arranque é aproximadamente de 200ms, ou seja, 1/5 de segundo. Temos assim um valor de corrente muito elevado, num espaço de tempo muito reduzido. Trata-se, portanto, dum arranque bastante violento para o motor.

ARRANQUE COM ESTRELA-TRIÂNGULO: Este é um dos arranques mais utilizados na indústria. Este tipo de arranque apenas pode ser realizado para motores com as seis extremidades das bobines acessíveis e para os quais o modo de funcionamento normal seja em triângulo, como no caso em estudo. O arranque inicia-se com as fases do motor ligadas em

estrela, estando assim submetidas a uma tensão de 3

230

. Como consequência desta redução de tensão:

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- Em cada fase circula uma corrente que é 3

directo

arrI

.

- Corrente de linha em estrela igual à da fase.

- O motor em situação normal está ligado em triângulo, sendo a sua corrente de linha 3 vezes a da fase.

Assim, o motor ligado em estrela apenas absorve 3

1 da corrente de arranque directo.

- O binário reduz-se, em função do quadrado da tensão de alimentação, pelo que, na ligação em estrela, o

binário se reduz de 3

1)

3

1(

2= , quando comparado com o binário produzido com o motor ligado em

triângulo.

Assim sendo, tanto o binário como a corrente absorvida pelo motor diminuem na mesma proporção.

Figura 14: Forma de onda da corrente de fase aos terminais do motor durante o arranque estrela-triângulo.

O tempo de arranque é de 1s e a corrente chega a atingir os 40A. Na Figura 18 são visíveis as descontinuidades da corrente que circula nas fases do motor, pois esta é interrompida quando se abre a estrela e, posteriormente, se fecha o triângulo. Como os enrolamentos das fases do motor têm uma auto-indução importante, as correntes transitórias podem alcançar valores elevados. Por esta razão, em motores de média e grande potência adoptam-se as variantes:

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- Estrela-triângulo com transição temporizada: apropriado para binários de carga pequenos, com inércia importante, de modo que durante a transição, se impeça uma desaceleração apreciável.

- Arranque em três tempos: estrela, triângulo com resistência e triângulo. O corte da corrente permanece mas insere-se uma resistência, em série com as fases durante 2 a 5 segundos, para amortecer os transitórios. - Arranque estrela-triângulo, sem corte. As resistências limitadoras dos transitórios, para a etapa triângulo, ligam-se antes de abrir a estrela.

ARRANQUE COM AUTO-TRANSFORMADOR: Quando se deseja modificar a tensão pode utilizar-se um transformador. Quando a relação de transformação não é muito afastada da unidade e sempre que se deseja reduzir a tensão disponível, a opção mais vantajosa, técnica e economicamente, é o auto-transformador.

Figura 15: Forma de onda da corrente de fase aos terminais do motor durante o arranque com

autotransformador. Na Figura 19 é visível o aumento gradual da corrente no motor, ou seja, a suavidade deste tipo de arranque. A corrente ultrapassa os 38A. O tempo de arranque é de cerca de 5s, que depende da forma como o utilizador dá o arranque, ou seja, da rapidez com que o manípulo de controlo é rodado.

Este tipo de arranque é apenas possível para binários de carga reduzidos, em zonas de baixa velocidade. Assim, é um método recomendado quando se tem de limitar a intensidade de arranque ou quando é necessário realizar acelerações suaves.

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ARRANQUE COM SOFT-STARTER: O objectivo do soft-starter é conseguir que a corrente absorvida pelo motor no momento do arranque seja a estritamente necessária para vencer o binário resistente que cresce com o quadrado da velocidade. Actuando na tensão, o soft-starter proporciona assim um arranque suave para o motor.

Figura 16: Forma de onda da corrente de fase aos terminais do motor durante o arranque com soft-starter.

Através da Figura 20 pode-se ver a subida gradual da corrente, sem picos e sem grandes distorções. O tempo de arranque é de aproximadamente 4s e o pico de corrente atinge os 40A. Sendo o tempo de arranque com soft-starter bastante superior ao tempo de arranque com ligação directa à rede, assumir-se-ia que a energia consumida com soft-starter durante o arranque seria superior. No entanto, embora o tempo de arranque seja superior, a corrente é bastante menor e uma vez que a corrente intervém nas perdas eléctricas ou de Joule ao quadrado, o soft-starter provoca a diminuição da energia consumida durante o arranque.

ARRANQUE COM VEV: Para além do controlo de velocidade, os VEVs permitem arranques e paragens suaves dos motores de indução trifásicos. O arranque com VEV é muito suave como é possível de observar na Figura 21:

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Figura 17: Forma de onda da corrente de fase aos terminais do motor durante o arranque com VEV.

O tempo de arranque é de 5s e o valor máximo da corrente é de cerca de 18A. É visível a distorção harmónica na forma de onda da corrente.

Os valores dos harmónicos de tensão mantêm-se aproximadamente constantes para diferentes valores de carga. Os harmónicos da corrente são bastante elevados, mas o seu valor diminui com o aumento da carga. [21]

ARRANQUE COM MEC: O comportamento do MEC durante o arranque é semelhante ao estrela-triângulo. Uma vez que o MEC possui dois níveis de tensão: 300 e 380V. No momento do arranque o MEC coloca 300V aos terminais do motor. De seguida, coloca os 380V durante um período programável de estabilização. No fim deste período, de acordo com o regime de funcionamento do motor, o MEC manter-se-á nos 380V (cargas elevadas) ou para cargas abaixo de cerca de 80% aplicará os 300V. Em regime permanente o MEC apresenta um funcionamento em dois patamares de tensão. Com uma frequência superior à da rede, verifica o valor da carga exigida ao motor e repete a decisão tomada anteriormente, ou seja para valores abaixo de 80% da nominal aplica 300V (modo de saving) para valores superiores de carga aplica a tensão da rede.

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Figura 18: Forma de onda da corrente de fase aos terminais do motor durante o arranque com MEC.

Na Figura 22 estão representados os momentos de mudança de tensão do MEC, através do comportamento da corrente à entrada do motor. O arranque resume-se ao segundo inicial, seguido do período de estabilização e momentos com cargas diversas. A corrente de arranque atinge os 40A e o tempo de arranque é de 1s, à semelhança do estrela-triângulo.

ARRANQUE COM POWERBOSS: O Powerboss possui sete perfis de arranque. Cada perfil possui diferentes características de arranque, de acordo com a finalidade do motor ao qual o Powerboss será aplicado. Um dos perfis de arranque, o Perfil 7, não foi testado, uma vez que se destina a bombas centrífugas.

O Powerboss possui uns pequenos interruptores que devem ser alterados de acordo com o perfil que se pretende. São quatro interruptores dispostos na horizontal (indicados na Figura 23), no qual o último corresponde à optimização. Se se pretende que o Powerboss entre em modo de optimização o interruptor deve estar para baixo, se tal não se deseja, o interruptor deve estar para cima. Assim sendo, foram analisados seis perfis de arranque do Powerboss para a carga nominal.

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Figura 19: Interruptores correspondentes aos perfis de arranque do powerboss, bem como à activação da

optimização. É possível ligar o Powerboss a um circuito com estrela-triângulo. O Powerboss deverá ser ligado entre a rede e o circuito estrela-triângulo, o temporizador do contactor do estrela-triângulo deverá ser colocado no mínimo.

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Perfil 1 – Máquinas de injecção em moldes O Perfil 1 é caracterizado por ter um tempo de arranque relativamente pequeno. A tensão aplicada inicialmente ao motor é de 50% da tensão da rede com uma rampa que vai até aos 100%.

Figura 20: Forma de onda da corrente de fase aos terminais do motor durante o arranque com Perfil 1 do

Powerboss. O tempo de arranque é de aproximadamente 2,5s. O aumento da corrente inicialmente é gradual. De seguida, dá-se um pico de corrente característico do perfil de arranque. São visíveis também alguns dos efeitos da distorção harmónica provocada pela comutação dos tirístores, sendo que a corrente chega a ultrapassar os 50A na arcada negativa. Na arcada positiva a corrente não atinge os 40A.

Perfil 2 – Prensas hidráulicas O Perfil 2 trata-se de um perfil com tempo de arranque superior ao do perfil 1. A tensão aumenta dos 50 aos 100% num tempo superior ao do perfil 1, ou seja, o declive da recta de arranque é inferior e, como tal, este arranque é mais suave do que o anterior.

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Powerboss.

O tempo de arranque deste perfil à plena carga é de cerca de 3,5s. A forma de onda da tensão é semelhante à da Figura 24 com uma corrente de pico que não atinge os 40A na arcada positiva. São também visíveis os efeitos dos harmónicos na forma de onda.

Perfil 3 – Telas transportadoras ou tapetes rolantes Este perfil possui um tempo de arranque relativamente elevado. A principal diferença entre este e os perfis anteriores é o valor de partida da tensão que vai dos 40% aos 100% com uma rampa de declive pouco acentuado.

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Powerboss. O tempo de arranque deste perfil é de 2,5s. A corrente aumenta gradualmente, sofrendo um pico ao fim de um quarto de segundo. Os harmónicos são visíveis, sobretudo na arcada negativa, cujo pico de corrente atinge os 50A. Esta forma de onda é muito semelhante à do perfil 1, embora os harmónicos sejam menos acentuados e o pico de corrente da arcada negativa seja ligeiramente inferior.

Perfil 4 - Compressores Este perfil, à semelhança do perfil 3, possui uma variação de tensão dos 40% aos 100%. No entanto, o declive desta rampa é muito mais acentuado do que o anterior, visto que o tempo que demora dos 40% aos 100% é bastante inferior.

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Powerboss. O tempo de arranque é de cerca de 2,25s. O aumento da corrente é mais suave do que nos perfis anteriores. A corrente ultrapassa os 45A na arcada negativa e os harmónicos são bastante visíveis na forma de onda.

Perfil 5 – Elevadores de poço ou bombas Neste perfil a tensão de arranque varia de 45% a 100% da tensão.

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Powerboss. Na Figura 28 são visíveis os harmónicos introduzidos pela utilização de tirístores. O tempo de arranque é de 4,25s e a corrente de arranque atinge cerca de 45A na arcada negativa. O aumento da corrente é gradual. O tempo de arranque deste perfil é o mais elevado de todos.

Perfil 6 – Bombas de vácuo Neste perfil a variação de tensão no arranque é de 65% a 100%.

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Powerboss. Na Figura 29 são, mais uma vez, visíveis os harmónicos na forma de onda da corrente. O tempo de arranque é de cerca de 1s e o pico da corrente na arcada negativa atinge cerca de 50A.

Estes são os perfis básicos oferecidos no Powerboss. Existe um programador que se liga ao aparelho por porta série RS-232, que contém uma outra série de perfis, a maior parte deles são derivações dos sete perfis principais. Existe também a possibilidade de variar todos os parâmetros de cada perfil individualmente, costumizando o perfil a cada situação. Seria exaustivo analisar cada ponto de cada parâmetro, logo optou-se pela análise dos perfis principais.

Tabela 2: Características de corrente e tempo dos arranques.

Directo Estrela-Tri. Auto-transf. Soft-starter VEV MEC Perfis Powerboss

1 2 3 4 5 6 Ip (A)* 60 40 38 40 18 40 50 50 50 45 45 50 t (s) 1/5 1 5 4 5 1 2,5 3,5 2,5 2,25 4,25 1

* Valor aproximado de pico de corrente.

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Conclusões dos Ensaios Laboratoriais: Os métodos de controlo mais eficientes para cargas reduzidas são o MEC, o Powerboss e o soft-starter. Para cargas elevadas o melhor método é o directo/estrela-triângulo, ou seja, o motor é mais eficiente sem qualquer tipo de equipamento associado. Em termos de potência reactiva o MEC e o Powerboss revelam-se as melhores opções, com valores substancialmente menores do que os restantes métodos, sobretudo para cargas reduzidas. Assim sendo, o factor de potência que estes dois controladores conseguem atingir traz melhorias significativas para o sistema eléctrico.

O método de arranque mais agressivo para o motor é o directo. O estrela-triângulo e o MEC são bastante semelhantes. A principal desvantagem destes métodos é a descontinuidade de corrente provocada pela mudança de tensão. O auto-transformador proporciona um arranque muito suave. A principal desvantagem é que o controlo tem de ser realizado pelo utilizador. O soft-starter e o Powerboss são muito similares, proporcionando ao motor um arranque suave. A principal desvantagem destes dois arrancadores são os harmónicos introduzidos no motor, devido à comutação dos tirístores. O VEV também introduz harmónicos, no entanto, é o método de arranque mais suave de todos.

Sistemas de Iluminação: Vamos centrar a nossa análise, nesta secção, em sistemas de iluminação para sector industrial e para sector terciário. Tal como já referido anteriormente, o consumo em iluminação pode facilmente atingir uma fatia superior a 10% no consumo global de uma instalação industrial e superior a 35% no sector terciário. As instalações mais comuns compostas por luminárias de descarga para iluminação de tectos altos e luminárias fluorescentes T8 de balastro ferro magnético para tectos mais baixos, tanto em iluminação do sector industrial como do sector terciário. Actualmente no mercado existem soluções técnicas mais eficientes do ponto de vista de consumo, qualidade de energia, vida útil das lâmpadas e qualidade luminosa. Tal como mostra a figura 30, os custos durante a vida útil de um sistema de iluminação estão 93% relacionados com consumo e manutenção. Soluções técnicas que aumentam a vida útil das lâmpadas, reduzindo custos de manutenção e diminuem ao consumo, mantendo ou mesmo melhorando a qualidade luminosa, são naturalmente alvos óbvios para estudo e implementação de ORC.

Figura 30: Desagregação dos custos inerentes a um sistema de iluminação durante a vida útil.

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Iluminação para tectos baixos: Em iluminação para tectos baixos, sobretudo no sector industrial, a solução mais comum são luminárias fluorescentes T8 de balastro ferro magnético e potências entre os 36W e os 58W. Existe, sobretudo no sector terciário, a implementação cada vez maior de luminárias T8 ou T5 de balastro electrónico. Optou-se pelo caso mais desfavorável, luminária T8 de balastro ferro magnético para calcular as vantagens em termos de consumo e vida útil das soluções a seguir indicadas.

BALASTRO ELECTRÓNICO: O desenvolvimento do balastro electrónico veio possibilitar:

• Aumento de rendimento das lâmpadas • Aumento da vida útil das lâmpadas em cerca de 50% • Redução de consumo do balastro electrónico face ao balastro convencional • Possibilidade de incorporação de sensores de luminosidade com função DIM.

Balastro Electrónico Simples: A substituição dos balastros ferro magnéticos por balastro electrónico, dado a diferença de consumos entre os dois balastros, representa uma redução entre os 15% e os 20% de consumo total, mantendo a mesma lâmpada T8. Paralelamente existe um aumento de vida útil das lâmpadas de cerca de 50%. Balastro Electrónico Multi-nível: O balastro electrónico multi-nível permite a regulação da intensidade luminosa, através de vários patamares de admissão de corrente. Este tipo de balastro permite colocar a lâmpada entre os 0% e os 100% da sua intensidade luminosa máxima em patamares de 10%. Além das características descritas para o balastro electrónico simples, com a introdução de sensores de luminosidade, a adequação do nível de luminosidade artificial ao nível de luminosidade natural, pode levar a poupanças superiores a 50% no consumo global.

LUMINÁRIA T5: A substituição das luminárias T8 por luminárias T5 permite:

• Substituição do balastro ferro magnético por balastro electrónico • Substituição da lâmpada T8 por lâmpada T5 com o aumento de eficiência inerente • Aumento de vida útil da lâmpada em 100% • Substituição por luminárias com melhores características de reflexão • Possibilidade de incorporação de sensores de luminosidade com função DIM.

33/60

Substituição da Luminária:

A substituição da luminária T8 por T5, dada a troca de balastro, a possibilidade de utilizar lâmpadas de menor potência mantendo as características luminosas e o aumento de reflexão da luminária nova, permite a redução de consumo global entre os 40% e os 50%. Com a introdução de sensores de luminosidade, a adequação do nível de luminosidade artificial ao nível de luminosidade natural, pode levar a poupanças superiores a 65% no consumo global. Adaptador T8/T5:

A substituição de toda a luminária pode ser técnica ou financeiramente inviável se estas estiverem embutidas em tectos falsos, como é comum no sector terciário. Existem kits adaptadores de transformação de luminária T8 em T5. Estes incluem:

• Duas extremidades adaptadoras (uma delas é balastro electrónico simples) • Ponte para substituir arrancador • Lâmpada T5 de potência adequada • Reflector (opcional)

A performance a nível de redução de consumo global é idêntica ao ponto anterior, embora este não permita a regulação de fluxo luminoso multi-nível, dado que o balastro que está incorporado é, para já, balastro electrónico simples. O investimento necessário é inferior ao de uma luminária T5. Será uma opção para estudar caso a caso.

LEDS T8:

As lâmpadas LEDS T8 são lâmpadas tubulares de tamanho e encaixe idêntico às lâmpadas fluorescentes T8. A substituição é directa mantendo-se a luminária existente, desabilitando apenas o balastro existente na mesma, seja este ferro magnético ou electrónico. A lâmpada LED T8 permite uma redução do consumo global entre os 65% e os 75%. As poupanças em manutenção não são de todo evidentes. A duração de uma lâmpada LED está anunciada para 50 000 horas, um valor duas vezes superior que as lâmpadas T5 de melhor qualidade. No entanto o preço das lâmpadas LED anula a vantagem da durabilidade extra.

Iluminação para tectos altos: Em iluminação para tectos altos, sobretudo no sector industrial, a solução mais comum são luminárias de descarga de alta pressão. Estas podem ser de vapor de mercúrio, vapor de sódio ou de iodetos metálicos numa gama de potências entre os 150W e os 400W.

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LUMINÁRIAS INDUSTRIAIS FLUORESCENTES DE ALTO RENDIMENTO: Existem actualmente no mercado luminárias com uma maior eficiência energética do que as existentes. São luminárias fluorescentes de alta eficiência e, que possuem uma maior performance luminosa, com menor potência instalada e maior durabilidade. Estas luminárias possuem as seguintes vantagens:

• Balastro electrónico multi-nível • Menos 45% potência instalada para performance idêntica às luminárias de descarga • Luz de melhor qualidade e livre de flicker • Aumento de vida útil das lâmpadas em 200% • Substituição por luminárias com melhores características de reflexão • Possibilidade de incorporação de sensores de luminosidade com função DIM.

As luminárias fluorescentes de alto rendimento para igualarem a performance das luminárias de descarga em termos de intensidade luminosa e cone de dispersão, necessitam em média de menos 45% de potência instalada. Com a utilização de sensores de luminosidade, a poupança de consumo global pode chegar aos 70%. Em paralelo existe um aumento de vida útil das lâmpadas em cerca de 200%. Tal facto aliado a estarmos a falar de tectos altos que dificultam o acesso e encarecem as operações de manutenção, é de capital importância na análise económica da implementação destas luminárias.

LUMINÁRIAS LED: As luminárias LED industriais também possuem maior eficiência energética que as existentes. Para uma performance idêntica do ponto de vista de intensidade luminosa e cone de dispersão, as luminárias LED podem atingir uma poupança global de 75%. As poupanças em manutenção não são de todo evidentes. A duração dos LED dentro da luminária está anunciada para 50 000 horas, um valor duas vezes superior que as lâmpadas T5 de melhor qualidade. No entanto o preço das lâmpadas LED anula a vantagem da durabilidade extra. Ao passo que nas luminárias fluorescentes a troca é apenas de lâmpadas com o custo de equipamento inerente a esse facto, nas luminárias LED é necessário trocar toda a placa PCB que representa um custo significativo.

REGULADOR DE TENSÃO: As lâmpadas de descarga apenas necessitam dos 230V da rede para efectuarem o aquecimento e estabilização da lâmpada. Depois de terminado esse período é possível reduzir a tensão de alimentação às lâmpadas para 185V a 200V. Para tal pode ser usado um regulador de tensão baseado em transformadores que nos permite ter níveis de tensão de alimentação da lâmpada predefinidos. Estes aparelhos permitem poupanças de consumo global superiores a 25% com perda de luminosidade inferior a 5%. A redução de tensão aumenta em 50% o tempo de vida de lâmpadas, balastros e reactâncias.

35/60

Modo de funcionamento:

No momento em que se fornece tensão ao equipamento ele coloca-se em marcha, assumindo uma tensão reduzida de 205V ou 210V de acordo com a posição seleccionada no mostrador. Mantêm-se nesta posição durante 4 minutos, tempo suficiente para ligar as lâmpadas. Passado este período começa uma subida de tensão progressiva à razão de 10V/minuto até atingir a tensão de iluminação de 220V ou 230V de acordo com a posição seleccionada. O equipamento permanece nesta posição até receber ordem de redução da potência activa. A partir deste momento o equipamento começa a reduzir a tensão de saída baixando à razão de 10V/minuto até alcançar o valor escolhido para a poupança. Posteriormente, caso se queira pode ser dada ordem de tensão até ao valor nominal. Estes ciclos podem repetir-se parcial ou totalmente tantas vezes quantas as que forem programadas como mostra a figura 31. O equipamento mantém sempre a tensão de saída estabilizada dentro de um intervalo de tolerância de +/- 2% centrado na tensão de serviço. O valor de cada salto de tensão quando se dão os ajustes é de 6,5V.

Figura 31: Ciclo típico de variação de tensão.

As rampas de subida e descida de tensão são realizadas por tirístores para que não haja circuitos abertos na mudança de passo de transformação e para tornar essa mudança mais suave. O controlo do disparo dos tirístores, os timers internos e a selecção do passo de transformação são realizados por uma placa PCB com microprocessador dedicado.

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Testes em Instalações Industriais: Depois da caracterização e testes laboratoriais realizados nas secções anteriores, alguns equipamentos foram seleccionados para testes em instalações industriais. Estes testes tem como objectivo validar alguns resultados laboratoriais e colocar em teste equipamentos que não foram testados em laboratório.

Força Motriz: Tanto os VEV como os Soft-Starter são equipamentos conhecidos dos quais existem exemplos de aplicação publicados e disponíveis que confirmam e dão segurança aos resultados obtidos em laboratório. Os Reguladores de Fluxo como equipamentos de poupança de energia em motores de indução trifásicos, dados os bons resultados obtidos em laboratório e os resultados anunciados pelos fabricantes, foram sujeitos a testes em instalações industriais. O Powerboss ao fazer a comutação por tirístores consegue um ajuste automático mais fino na adequação da tensão ao binário necessário. O MEC tem apenas dois transformadores e duas tensões possíveis com o ponto de comutação a poder ser escolhido em função da percentagem de carga do motor, por ajuste do operador. Apoiado na análise técnica e nos resultados laboratoriais, dada a diferença de performance entre o MEC e o Powerboss, foi escolhido o Powerboss para ser testado em ambiente industrial. O nome das empresas onde os testes foram realizados não será divulgado pois estão em fase de negociação comercial com a BLB Engenharia.

Teste 1:

Procedimento: Foram realizadas medições das grandezas eléctricas utilizando analisador de rede trifásico (Chauvin Arnoux 8334B), num motor eléctrico de 22kW que tem como função agitar um crivo e num motor eléctrico de 15 kW de tela. Das várias grandezas registadas destacam-se para o estudo: Potência Activa (W); Potência Reactiva (VAR). As medições foram realizadas no quadro eléctrico no ramal de alimentação dos motores em estudo, durante dois períodos temporais: com Powerboss e sem Powerboss.

Resultados:

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5000

5500

6000

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1

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6

W

Tempo

Análise comparativa de Potência Activa (Crivo)

sem Powerboss

com Powerboss

5000

6000

7000

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9000

10000

11000

12000

1

26

51

76

10

1

12

6

15

1

17

6

20

1

22

6

25

1

27

6

30

1

32

6

35

1

37

6

40

1

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6

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1

47

6

50

1

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6

55

1

57

6

VA

R

Tempo

Análise comparativa de Potência Reactiva (Crivo)

sem Powerboss

com Powerboss

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

1

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1

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5

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9

19

3

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7

24

1

26

5

28

9

31

3

33

7

36

1

38

5

40

9

43

3

45

7

48

1

50

5

52

9

55

3

57

7

W

Tempo

Análise comparativa de Potência Activa (Tela)

sem Powerboss

com Powerboss

38/60

Figura 32: Análise comparativa de Potência com e sem Powerboss.

Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização do Powerboss apresenta claros benefícios. Da tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa, na ordem dos 20% para o motor da tela e dos 9% para o motor do crivo. Além disso é igualmente visível uma poupança ainda mais significativa na energia reactiva, cerca de 35% no motor do crivo e 48% no motor da tela.

Tabela 3: Análise de consumos e retorno de investimento.

Crivo Tela

W.h VAR.h W.h VAR.h

Média 7051,70 10932,83 4382,165 9355,217 S/ Powerboss

6411,10 7144,72 3528,771 4866,059 C/ Powerboss

Diferença 640,61 3788,11 853,39 4489,16

Poupança 9,1% 34,7% 19,5% 48,0%

Retorno Investimento 2,9 Anos 2,1 Anos

Da análise do retorno de investimento, prevê-se cerca de 3 anos para o motor do crivo e 2 anos para o motor da tela. Numa análise integrada o retorno de investimento conjunto ficaria nos 2,5 anos. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:

• Arranque suave do motor • Redução do stress mecânico do motor • Aumento do tempo de vida útil dos componentes mecânicos associados ao veio tais como telas,

correias, polias, etc. • Diminuição dos custos e frequência da manutenção do motor

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1

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51

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1

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15

1

17

6

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1

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6

25

1

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6

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1

32

6

35

1

37

6

40

1

42

6

45

1

47

6

50

1

52

6

55

1

57

6

W

Tempo

Análise comparativa de Potência Reactiva (Tela)

sem Powerboss

com Powerboss

39/60

Teste 2:

Procedimento: Foram realizadas medições das grandezas eléctricas utilizando analisador de rede trifásico (Chauvin Arnoux 8334B), num motor eléctrico de 18,5kW de tela. Das várias grandezas registadas destacam-se para o estudo: Potência Activa (W); Potência Reactiva (VAr). As medições foram realizadas no quadro eléctrico no ramal de alimentação do motor em estudo, durante dois períodos temporais: com Powerboss (C/ PB) e sem Powerboss (S/ PB).

Resultados:


3000

4000

5000

6000

7000

8000

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1

40

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11

8

15

7

19

6

23

5

27

4

31

3

35

2

39

1

43

0

46

9

50

8

54

7

58

6

62

5

66

4

70

3

74

2

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1

82

0

85

9

89

8

Po

ten

cia

(W

)

Tempo (s)

Análise comparativa de Potência Activa

S/ PB

C/ PB

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

1

42

83

12

4

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5

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6

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8

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9

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0

41

1

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2

49

3

53

4

57

5

61

6

65

7

69

8

73

9

78

0

82

1

86

2

90

3

En

erg

ia R

ea

ctiv

a (

VA

R)

Tempo (s)

Análise comparativa de Potência Reactiva

S/ PB

C/ PB

40/60

Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização do Powerboss apresenta claros benefícios. Da tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa, na ordem dos 12% para o motor da tela. Além disso é igualmente visível uma poupança ainda mais significativa na energia reactiva, cerca de 45%.


W.h VAr.h

Média

6633,23 13231,51 S/ Powerboss

5859,42 7002,44 C/ Powerboss

Diferença 773,80 6229,07

Poupança 11,67% 47,08%

Retorno de

Investimento 2,3 Anos

Da análise do retorno de investimento, prevê-se cerca de 2,3 anos. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:

• Arranque suave do motor; • Redução do stress mecânico do motor; • Aumento do tempo de vida útil dos componentes mecânicos associados ao veio tais como telas,

correias, polias, etc.; • Diminuição dos custos e frequência da manutenção do motor.

Teste 3:

Procedimento: Foram realizadas medições das grandezas eléctricas utilizando analisador de rede trifásico (Chauvin Arnoux 8334B), num motor eléctrico de 7,5 kW de tela. Das várias grandezas registadas destacam-se para o estudo: Potência Activa (W); Potência Reactiva (VAr). As medições foram realizadas no quadro eléctrico no ramal de alimentação do motor em estudo, durante dois períodos temporais: com Powerboss (C/ PB) e sem Powerboss (S/ PB).

41/60

Resultados:


Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização do Powerboss apresenta claros benefícios. Da tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa, na ordem dos 35% para o motor da tela. Além disso é igualmente visível uma poupança ainda mais significativa na energia reactiva, cerca de 68%.


W.h VAr.h

Média

1790,89 7482,95 S/ Powerboss

1157,07 2359,11 C/ Powerboss

Diferença 633,82 5123,84

Poupança 35,4% 68,5%

Retorno de


900

1400

1900

2400

1

16

1

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1

48

1

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1

80

1

96

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21

12

81

14

41

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61

19

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20

81

22

41

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27

21

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41

32

01

33

61

35

21

36

81

W

Tempo (s)

Análise comparativa da Potência

W_S/ PB

W_C/ PB

1000

3000

5000

7000

9000

1

16

8

33

5

50

2

66

9

83

6

10

03

11

70

13

37

15

04

16

71

18

38

20

05

21

72

23

39

25

06

26

73

28

40

30

07

31

74

33

41

35

08

36

75

VA

r

Tempo (s)

Análise comparativa da Energia Reactiva

VAR_S/ PB

VAR_C/ PB

42/60

Da análise do retorno de investimento, prevê-se cerca de 1,3 anos. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:

• Arranque suave do motor • Redução do stress mecânico do motor • Aumento do tempo de vida útil dos componentes mecânicos associados ao veio tais como telas,

correias, polias, etc. • Diminuição dos custos e frequência da manutenção do motor

Teste 4:

Procedimento: Foram realizadas medições das grandezas eléctricas utilizando analisador de rede trifásico (Chauvin Arnoux 8334B), num motor eléctrico de 75 kW de uma serra de madeira. Das várias grandezas registadas destacam-se para o estudo: Potência Activa (W); Potência Reactiva (VAr). As medições foram realizadas no quadro eléctrico no ramal de alimentação do motor em estudo, durante dois períodos temporais: com Powerboss (C/ PB) e sem Powerboss (S/ PB).

Resultados:

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1

23

45

67

89

11

1

13

3

15

5

17

7

19

9

22

1

24

3

26

5

28

7

30

9

33

1

35

3

37

5

39

7

41

9

44

1

46

3

48

5

50

7

52

9

55

1

57

3

59

5

Po

t. A

ctiv

a (

W)

Tempo (s)

Análise Comparativa de Potência Activa

Sem PB Com PB

43/60


Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização do Powerboss apresenta claros benefícios. Na tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa, na ordem dos 22% para o motor da serra. Além disso é igualmente visível uma poupança ainda mais significativa na energia reactiva, cerca de 36%.


W.h VAr.h

Média

20082,26 34503,10 S/ Powerboss

15564,62 22174,49 C/ Powerboss

Diferença 4517,64 12328,61

Poupança 22,5% 35,7%

Retorno de


Foi feita uma análise do retorno de investimento e de acordo com o perfil de trabalho do motor, prevê-se cerca de 2,5 anos. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:

• Arranque suave do motor • Redução do stress mecânico do motor • Aumento do tempo de vida útil componentes mecânicos associados ao veio • Diminuição dos custos e frequência da manutenção do motor

0

10000

20000

30000

400001

23

45

67

89

11

1

13

3

15

5

17

7

19

9

22

1

24

3

26

5

28

7

30

9

33

1

35

3

37

5

39

7

41

9

44

1

46

3

48

5

50

7

52

9

55

1

57

3

59

5

Po

t. R

ea

ctiv

a (

VA

r)

Tempo (s)

Análise Comparativa de Potência Reactiva

Sem PB Com PB

44/60

Teste 5:

Objectivo: O objectivo consiste na avaliação do desempenho do Powerboss. Este estudo vai permitir a determinação da poupança energética potencial ao nível industrial da aplicação do Powerboss e o respectivo tempo de retorno de investimento.

Procedimento: Foram realizadas medições das grandezas eléctricas utilizando analisador de rede trifásico (Chauvin Arnoux 8334B), num motor eléctrico de 55 kW e 90 kW de serras circulares para madeira. Das várias grandezas registadas destacam-se para o estudo: Potência Activa (W); Potência Reactiva (VAr). As medições foram realizadas no quadro eléctrico no ramal de alimentação dos motores em estudo, durante dois períodos temporais: com Powerboss (Com PB) e sem Powerboss (Sem PB).

Resultados: - Serra de 55 kW de potência

400050006000700080009000

1000011000120001300014000150001600017000180001900020000

1

35

69

10

3

13

7

17

1

20

5

23

9

27

3

30

7

34

1

37

5

40

9

44

3

47

7

51

1

54

5

57

9

61

3

64

7

68

1

71

5

74

9

78

3

81

7

85

1

88

5

Po

ten

cia

Act

iva

(W

)

Tempo (s)

Análise Comparativa Pot. Activa (55kW)

Sem PB

Com PB

45/60



W.h VAr.h

Média (55kW)

9135,59 25504,76 S/ Powerboss

7186,92 13200,68 C/ Powerboss

Diferença 1748,67 13304,08

Poupança 21,33% 48,24%

Retorno de


- Serra de 90 kW de potência

8500

13500

18500

23500

285001

36

71

10

6

14

1

17

6

21

1

24

6

28

1

31

6

35

1

38

6

42

1

45

6

49

1

52

6

56

1

59

6

63

1

66

6

70

1

73

6

77

1

80

6

84

1

87

6

Po

ten

cia

Re

act

iva

(v

ar)

Tempo (s)

Análise Comparativa Pot. Reactiva (55 kW)

Sem PB

Com PB

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

1

38

75

11

2

14

9

18

6

22

3

26

0

29

7

33

4

37

1

40

8

44

5

48

2

51

9

55

6

59

3

63

0

66

7

70

4

74

1

77

8

81

5

85

2

88

9

Po

ten

cia

Act

iva

(W

)

Tempo (s)

Análise comparativa Pot. Activa (90kW)

Sem PB

Com PB

46/60



W.h VAr.h

Média (90kW)

22567,93 34183,12 S/ Powerboss

17924,13 22251,59 C/ Powerboss

Diferença 4643,80 11931,53

Poupança 20,58% 34,90%

Retorno de


Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização do Powerboss apresenta claros benefícios no que diz respeito a poupanças eléctricas. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas e baseados em períodos de funcionamento de 8 horas diárias com preços médios de energia de 0,085€ kW.h

Tabela 9: Resumo poupança e retorno de investimento.

Motor Poupança Prevista Energia Activa - kW

Poupança Prevista Energia Reactiva - kVar

Previsão de retorno de investimento

90 kW 20,6% 34,9% 2,6 Anos

55 kW 21,3% 48,2% 2,3 Anos

10000

15000

20000

25000

30000

35000

400001

38

75

11

2

14

9

18

6

22

3

26

0

29

7

33

4

37

1

40

8

44

5

48

2

51

9

55

6

59

3

63

0

66

7

70

4

74

1

77

8

81

5

85

2

88

9

Po

ten

cia

Re

act

iva

(V

AR

)

Tempo (s)

Análise Comparativa Pot. Reactiva (90kW)

Sem PB

Com PB

47/60

Realizada a análise do retorno de investimento, prevê-se cerca de 2,5 anos. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:

• Arranque suave do motor • Redução do stress mecânico do motor • Aumento do tempo de vida útil componentes mecânicos associados ao veio • Diminuição dos custos e frequência da manutenção do motor

Sistemas de Iluminação: A substituição das luminárias existentes por luminárias de alta eficiência e as diferenças de potência instalada são facilmente calculáveis e verificáveis. Os Reguladores de Tensão como equipamentos de poupança de energia em sistemas de iluminação existentes, foram sujeitos a testes em instalações industriais para validar os resultados anunciados pelo fabricante.

Objectivo: O objectivo destes testes consiste na avaliação do desempenho da solução de reguladores de tensão para iluminação. Este estudo vai permitir a determinação da poupança energética potencial da aplicação e o respectivo tempo de retorno de investimento.

Procedimento: Foram realizadas medições das grandezas eléctricas utilizando analisador de rede (Chauvin Arnoux 8334B). Das várias grandezas registadas destaca-se para o estudo: Potência Activa (W). As medições foram realizadas no quadro eléctrico no ramal de alimentação do conjunto de lâmpadas em estudo. Depois de colocado em série no ramal de iluminação, logo a seguir ao disjuntor, as lâmpadas são ligadas normalmente. O equipamento em questão permite seleccionar os níveis de abaixamento de tensão, tendo como valores associados a este: 200V, 195V, 190V e 185V, como mostra a figura 38.

Figura 3

Teste 1: No teste 1 foi contemplada uma instalação de lâmpadas de descarga de alta pressão de 400W que opera 24h/dia. Este valor é relevante no cálculo de Retorno de Investimento. A tensão de poupança inicial é de 200V procedendoEste tipo de lâmpadas com o envelhecimento fica com menos capacidade de suportar abaixamentos de tensão inferiores a 200V. Este foi o caso, quando se seledas lâmpadas apagou.

Resultados: No gráfico que se segue são ilustrados os resultados obtidos, sendo possível realçar numa primeira análise a variação da potência consumida e a estabilização no modo de poupançA performance do sistema, com a passagem da tensão para os 200V foi satisfatória, sendo possível identificar perfeitamente a estabilização desta (4ª fase).

Figura 38: Ecrã de selecção de Regulador de Tensão.

foi contemplada uma instalação de lâmpadas de descarga de alta pressão de 400W que opera 24h/dia. Este valor é relevante no cálculo de Retorno de Investimento.

A tensão de poupança inicial é de 200V procedendo-se á redução da mesma para os patamares inferiores. Este tipo de lâmpadas com o envelhecimento fica com menos capacidade de suportar abaixamentos de tensão inferiores a 200V. Este foi o caso, quando se seleccionou a tensão de abaixamento de 195V, uma

No gráfico que se segue são ilustrados os resultados obtidos, sendo possível realçar numa primeira análise a variação da potência consumida e a estabilização no modo de poupança. A performance do sistema, com a passagem da tensão para os 200V foi satisfatória, sendo possível identificar perfeitamente a estabilização desta (4ª fase).

48/60

foi contemplada uma instalação de lâmpadas de descarga de alta pressão de 400W que opera

se á redução da mesma para os patamares inferiores. Este tipo de lâmpadas com o envelhecimento fica com menos capacidade de suportar abaixamentos de

ccionou a tensão de abaixamento de 195V, uma

No gráfico que se segue são ilustrados os resultados obtidos, sendo possível realçar numa primeira análise

A performance do sistema, com a passagem da tensão para os 200V foi satisfatória, sendo possível

49/60

Figura 39: Variação de Potência Activa.

O equipamento testado tem um funcionamento característico dividido em 4 fases:

• 1ªfase: Período de ignição das lâmpadas. Começa com uma tensão mais baixa (210V), para evitar o desgaste prematuro da lâmpada, e aumenta lentamente até à tensão de rede.

• 2ªfase: Período de aquecimento e estabilização da lâmpada. Este acontece com a tensão de rede

(~230V).

• 3ªfase: Período de abaixamento de tensão. É o período de entrada em modo de poupança, com uma redução suave da tensão até ao valor pré-definido na programação do aparelho.

• 4ªfase: Corresponde ao período de estabilização da tensão no modo de poupança escolhido

(200V).

Da tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa, na ordem dos 32% com a redução da tensão de alimentação para os 200V.


Potência (W)

Estabilização sem regulador

Estabilização com regulador (200V)


Média 854,40 576,62 ----------

Diferença 277,78 ----------

Poupança 32,51 % ----------

Retorno Investimento 1,2 Anos ----------

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1

66

13

1

19

6

26

1

32

6

39

1

45

6

52

1

58

6

65

1

71

6

78

1

84

6

91

1

97

6

10

41

11

06

11

71

12

36

13

01

13

66

14

31

14

96

15

61

16

26

16

91

17

56

18

21

18

86

19

51

20

16

20

81

Po

tên

cia

(W

)

Tempo (s)

Variação de Potência Activa

1afase 3afase2afase 4afase

50/60

Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização da solução de regulação de tensão traz benefícios claros. De salientar que o retorno de investimento é de cerca de 1,2 anos. (Este valor de retorno é calculado considerando as poupanças energéticas, considerando uma média anual de 24 horas diárias, 7 dias por semana. O preço da electricidade tem um valor associado de 0,1€.kW.h.) O período apresentado pretende ser demonstrativo. A apresentação de uma previsão mais exacta necessitaria de um levantamento da instalação e dimensionamento da solução. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:

• Aumento do tempo de vida útil da lâmpada; • Diminuição dos custos de manutenção/substituição; • Aumento do factor de potência que implica um aumento do rendimento energético e diminuição da

energia reactiva consumida.

Teste 2: No teste 2 foi contemplada uma instalação de lâmpadas de descarga de alta pressão de 400W que opera 20h/dia. Este valor é relevante no cálculo de Retorno de Investimento. A tensão de poupança inicial é de 200V procedendo-se á redução da mesma para os patamares inferiores. Este tipo de lâmpadas com o envelhecimento fica com menos capacidade de suportar abaixamentos de tensão inferiores a 200V. Este foi o caso, quando se seleccionou a tensão de abaixamento de 190V, uma das lâmpadas apagou.

Resultados: No gráfico que se segue são ilustrados os resultados obtidos, sendo possível realçar numa primeira análise a variação da potência consumida e a estabilização no modo de poupança. A performance do sistema, com a passagem da tensão para os 200V e 195V foi satisfatória, sendo possível identificar perfeitamente a estabilização destas (4ª fase) e (5ª fase) respectivamente.

51/60

Figura 40: Variação de Potência Activa. O gráfico mostra a evolução da potência ao longo do tempo. Podemos identificar 5 fases:



(~230V).

• 3ªfase: Período de abaixamento de tensão. É o período de entrada em modo de poupança, com uma redução suave da tensão até ao valor pré-definido na programação do aparelho.

• 4ªfase: Corresponde ao período de estabilização da tensão no modo de poupança escolhido. No

caso em particular o abaixamento de tensão para valores à volta dos 200V.

• 5ªfase: Corresponde ao período de estabilização da tensão no modo de poupança escolhido. No caso em particular o abaixamento de tensão para valores à volta dos 195V.

Na tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa.


Potência (W)




Média 1176,94 817,80 712,59

Diferença 359,14 464,35

Poupança 30,51 % 39,45 %

Retorno Investimento 1,79 Anos 1,34 Anos

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1

75

14

9

22

3

29

7

37

1

44

5

51

9

59

3

66

7

74

1

81

5

88

9

96

3

10

37

11

11

11

85

12

59

13

33

14

07

14

81

15

55

16

29

17

03

17

77

18

51

19

25

19

99

20

73

21

47

22

21

22

95

23

69

24

43

Po

tên

cia

(W

)

Tempo (s)

Variação de Potência

1afase 2afase 3afase 5afase4afase

52/60

Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização da solução de regulação de fluxo traz benefícios claros. De salientar que o retorno de investimento é cerca de 1,5 Anos. (Este valor de retorno é calculado considerando as poupanças energéticas, ponderando uma média anual de 20 horas diárias, 5,5 dias por semana. O preço da electricidade tem um valor associado de 0,1€.kW.h.) O período apresentado pretende ser demonstrativo. A apresentação de uma previsão mais exacta necessitaria de um levantamento da instalação e dimensionamento da solução. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:



Teste 3: No teste 3 foi contemplada uma instalação de lâmpadas de descarga de alta pressão de 400W que opera 12h/dia. Este valor é relevante no cálculo de Retorno de Investimento. A tensão de poupança inicial é de 200V e procedeu-se á redução da mesma pelos níveis anteriormente explicitados. Este tipo de lâmpadas com o envelhecimento fica com menos capacidade de suportar abaixamentos de tensão inferiores a 200V.

Resultados:

53/60

Figura 41: Variação de Potência Activa. O gráfico mostra a evolução da potência ao longo do tempo. Podemos identificar 4 fases: 1ªfase: Período de ignição das lâmpadas. Começa com uma tensão mais baixa (210V), para evitar o desgaste prematuro da lâmpada, e aumenta lentamente até à tensão de rede. 2ªfase: Período de aquecimento e estabilização da lâmpada. Este acontece com a tensão de rede (~230V). 3ªfase: Período de abaixamento de tensão. É o período de entrada em modo de poupança, com uma redução suave da tensão até ao valor pré-definido na programação do aparelho. 4ªfase: Corresponde ao período de estabilização da tensão no modo de poupança escolhido. No caso em particular o abaixamento de tensão para valores à volta dos 200V.

Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização da solução de regulação de fluxo traz benefícios claros. Da tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa, na ordem dos 43%.


Potência (W)




Média 3548,72 2005,56 -------

Diferença 1543,16 -------

Poupança 43,51 % -------

Retorno Investimento 2 Anos -------

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

1

31

61

91

12

1

15

1

18

1

21

1

24

1

27

1

30

1

33

1

36

1

39

1

42

1

45

1

48

1

51

1

54

1

57

1

60

1

63

1

66

1

69

1

72

1

75

1

78

1

81

1

84

1

87

1

90

1

93

1

96

1

99

1

10

21

10

51

10

81

11

11

11

41

11

71

12

01

Po

tên

cia

(W

)

Tempo (s)

Variação da Potência

54/60

Da análise prevê-se que o retorno de investimento é de cerca de 2 anos. Este valor de retorno de investimento foi calculado: 12 horas diárias, 5 dias por semana. O preço utilizado para a electricidade foi de 0,1€.kW.h. No caso de utilizar este equipamento para iluminação exterior/nocturna, o tempo de retorno de investimento diminui porque a utilização deste tipo de iluminação é mais sistemática. Cerca de 14h por dia, 365 dias por ano. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:

• Aumento do tempo de vida da lâmpada; • Diminuição dos custos de manutenção/substituição; • Aumento do factor de potência que implica um aumento do rendimento energético.

Teste 4 : No teste 4 foi contemplada uma instalação de lâmpadas de descarga de alta pressão de 400W que opera 10h/dia. Este valor é relevante no cálculo de Retorno de Investimento. A tensão de poupança inicial é de 200V e procedeu-se á redução da mesma pelos níveis anteriormente explicitados. Este tipo de lâmpadas com o envelhecimento fica com menos capacidade de suportar abaixamentos de tensão inferiores a 200V, e por este motivo o ultimo escalão de poupança não foi testado como veremos adiante.

Resultados:


O gráfico mostra a evolução da potência ao longo do tempo. Podemos identificar 6 fases: 1ªfase: Período de ignição das lâmpadas. Começa com uma tensão mais baixa (210V), para evitar o desgaste prematuro da lâmpada, e aumenta lentamente até à tensão de rede.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1

61

12

1

18

1

24

1

30

1

36

1

42

1

48

1

54

1

60

1

66

1

72

1

78

1

84

1

90

1

96

1

10

21

10

81

11

41

12

01

12

61

13

21

13

81

14

41

15

01

15

61

16

21

16

81

17

41

18

01

18

61

19

21

19

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41

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22

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23

41

24

01

24

61

Po

ten

cia

(W

)

Tempo (s)

Variação da Potência

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2ªfase: Período de aquecimento e estabilização da lâmpada. Este acontece com a tensão de rede (~230V). 3ªfase: Período de abaixamento de tensão. É o período de entrada em modo de poupança, com uma redução suave da tensão até ao valor pré-definido na programação do aparelho. 4ªfase: Corresponde ao período de estabilização da tensão no modo de poupança escolhido. No caso em particular o abaixamento de tensão para valores à volta dos 200V.

5ªfase: Corresponde ao período de estabilização da tensão no modo de poupança para uma tensão de poupança de 195V. 6ªfase: Corresponde ao período em que se seleccionou o nível de poupança imediatamente a seguir (190V) e uma das lâmpadas apagou, resultado do fenómeno de envelhecimento explicado acima.

Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização da solução de regulação de tensão traz benefícios claros. Da tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa, na ordem dos 30% até aos 39%.


Potência (W)




Média 1302,82 901,64 790,68

Diferença 401,18 512,14

Poupança 30,8 % 39,3 %

Retorno Investimento 3,5 Anos 3 Anos Da análise prevê-se que o retorno de investimento é entre 3 a 3,5 anos. Este valor de retorno de investimento só é tão alongado devido ao perfil de funcionamento das oficinas: 10 horas diárias, 5 dias por semana. O preço utilizado para a electricidade foi de 0,1€.kW.h. No caso de utilizar este equipamento para iluminação exterior/nocturna, o tempo de retorno de investimento diminui porque a utilização deste tipo de iluminação é mais sistemática. Cerca de 12h por dia, 365 dias por ano. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:

• Aumento do tempo de vida da lâmpada; • Diminuição dos custos de manutenção/substituição;

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• Aumento do factor de potência que implica um aumento do rendimento energético e diminuição da energia reactiva consumida.

Teste 5 : No teste 5 foi contemplada uma instalação de lâmpadas de descarga de alta pressão de 400W que opera 8h/dia. Este valor é relevante no cálculo de Retorno de Investimento. A tensão de poupança inicial é de 200V procedendo-se á redução da mesma para os patamares inferiores. Este tipo de lâmpadas com o envelhecimento fica com menos capacidade de suportar abaixamentos de tensão inferiores a 200V. Este foi o caso, quando se seleccionou a tensão de abaixamento de 190V, uma das lâmpadas apagou.

Resultados: No gráfico que se segue são ilustrados os resultados obtidos, sendo possível realçar numa primeira análise a variação da potência consumida e a estabilização no modo de poupança. A performance do sistema, com a passagem da tensão para os 200V e 195V foi satisfatória, sendo possível identificar perfeitamente a estabilização destas (4ª fase) e (5ª fase) respectivamente.


O equipamento testado tem um funcionamento característico dividido em 5 fases:



(~230V).

0

500

1000

1500

2000

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3000

3500

1

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30

39

Po

tên

cia

(W

)

Tempo (s)

Variação de Potência

3afase1afase 2afase 4afase 5afase

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• 3ªfase: Período de abaixamento de tensão. É o período de entrada em modo de poupança, com

uma redução suave da tensão até ao valor pré-definido na programação do aparelho.

• 4ªfase: Corresponde ao período de estabilização da tensão no modo de poupança escolhido (200V).

• 5afase: Corresponde ao período de estabilização da tensão no modo de poupança escolhido

(195V).

Da tabela abaixo é visível uma redução no consumo da energia activa, na ordem dos 35% com a redução da tensão de alimentação para os 200V, e de 44% quando se reduz a tensão de alimentação para os 195V.


Potência (W)




Média 3117,56 1995,71 1745,62

Diferença 1121,85 1371,94

Poupança 35,98 % 44,01 %

Retorno Investimento 6 Anos 4,5 Anos

Conclusões: Da análise dos resultados obtidos nas medições efectuadas, é possível verificar que a utilização da solução de regulação de fluxo traz benefícios claros. O retorno de investimento é de cerca de 6 anos. (Este valor de retorno é calculado baseado nas poupanças energéticas (35%), considerando uma média anual de 8 horas diárias, 5 dias por semana. O preço da electricidade tem um valor associado de 0,1€.kW.h.) O período apresentado pretende ser demonstrativo. Os retornos de investimentos são calculados considerando as poupanças energéticas directas. Deve salientar-se que para além das poupanças directas existem também os benefícios indirectos que decorrem da aplicação da solução:



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Adequação de equipamentos:

Nesta secção será correlacionada a performance e adequação dos equipamentos estudados e analisados com várias aplicações de cariz industrial.

Força Motriz:

Variador Electrónico de Velocidade: O VEV deve ser utilizado em sistemas produtivos em que a variação de velocidade seja necessária ou benéfica do ponto de vista de eficiência de consumo. Qualquer aplicação em que exista variação de caudal, muitas vezes por dispositivos de estrangulamento, é uma boa candidata à introdução de um VEV. Exemplos típicos: Bombas, Ventiladores, Compressores, Elevadores.

Soft-Starter: O Soft-Starter deve ser utilizado em sistemas produtivos que possuam uma elevada corrente de arranque e que em regime permanente mantenham os motores de indução trifásicos acima dos 80% da potência nominal. Quanto maior for o número de arranques por hora, mais relevante se torna a utilização de um soft-starter e os benefícios por este produzidos. Exemplo de aplicação é o moinho de bolas. Um moinho de bolas está carregado de bolas de aço que são agitadas juntamente com o material que se pretende moer, realizando a moagem por impacto e abrasão. O peso do moinho mais a carga moente (conjunto de bolas de aço no seu interior) representa uma percentagem significativa da carga do conjunto. Este facto implica que os arranques são realizados sob grande carga de inércia, motivando correntes de arranque elevadas e que mesmo sem material para moer, este sistema coloque uma carga relevante nos elementos de força motriz em regime permanente. Qualquer aplicação que tenha um comportamento idêntico ao moinho de bolas, em termos de arranque e percentagem de carga nominal em regime permanente, é uma boa candidata a aplicação de um Soft-Starter.

Regulador de Fluxo: O Regulador de Fluxo deve ser utilizado em sistemas produtivos com cargas variáveis, em que a variação de velocidade não seja desejável ou necessária. Qualquer aplicação que em regime permanente tenha cargas variáveis ou carga fixa abaixo dos 60% da carga nominal, é uma boa candidata a aplicação de um Regulador de Fluxo.

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Exemplos típicos: Telas, Crivos, Agitadores, Misturadores, Máquinas de Injecção, Máquinas de Extrusão, Compressores, Compactores, Moinhos Cónicos, Prensas.

Sistemas de Iluminação: Nos sistemas de iluminação a divisão não será realizada apenas pelo tipo de aplicação, mas também pela profundidade da intervenção a realizar.

Iluminação para tectos baixos: Como já foi referido, em iluminação para tectos baixos, sobretudo no sector industrial, a solução mais comum são luminárias fluorescentes T8 de balastro ferro magnético e potências entre os 36W e os 58W. Existe, sobretudo no sector terciário, a implementação cada vez maior de luminárias T8 ou T5 de balastro electrónico. É necessário em primeiro lugar realizar um levantamento rigoroso da situação actual do sistema de iluminação do cliente, para a caracterizar em termos de soluções disponíveis para substituição e para calcular correctamente os benefícios que delas advém. As soluções descritas na secção Selecção de Equipamentos, devem ser classificadas em função da poupança gerada, Retorno de Investimento e valor do investimento inicial. A análise de Retorno de Investimento e valor do investimento inicial, será fundamental para a análise financeira que será desenvolvida nas secções seguintes.

Iluminação para tectos altos: Na iluminação em tectos altos existe uma particularidade extra que condiciona a escolha das soluções. Ao passo que na iluminação em tectos baixos não é comum encontrar instalações novas ou recentes com luminárias T8 de balastro ferromagnético, pelo contrário as luminárias de descarga para tectos altos são ainda uma solução vulgarizada mesmo em projectos novos. Deste modo, torna-se mais difícil fazer aprovar a sua substituição por luminárias mais eficientes, mesmo com um Retorno de Investimento baixo, dado que o investimento inicial da colocação das luminárias de descarga pode ainda não ter sido amortizado. Instalações de Lâmpadas de Descarga amortizadas:

É necessário em primeiro lugar realizar um levantamento rigoroso da situação actual do sistema de iluminação do cliente, para a caracterizar em termos de soluções disponíveis para substituição e para calcular correctamente os benefícios que delas advém. As soluções descritas na secção Selecção de Equipamentos, devem ser classificadas em função da poupança gerada, Retorno de Investimento e valor do investimento inicial. A análise de Retorno de Investimento e valor do investimento inicial, será fundamental para a análise financeira que será desenvolvida nas secções seguintes.

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Instalações de Lâmpadas de Descarga recentes ou não amortizadas:

É necessário em primeiro lugar realizar um levantamento rigoroso da situação actual do sistema de iluminação do cliente, para a caracterizar em termos de soluções disponíveis para substituição e para calcular correctamente os benefícios que delas advém. As soluções descritas na secção Selecção de Equipamentos, devem ser classificadas em função da poupança gerada, Retorno de Investimento e valor do investimento inicial. Para esta situação deve ser estudada a solução de Regulação de Tensão como prioritária. O seu baixo investimento inicial e Retorno de Investimento permitirão gerar poupanças superiores a 30% durante o período de amortização da instalação ineficiente. No fim desse período uma solução de substituição pode ser calculada e sugerida. A análise de Retorno de Investimento e valor do investimento inicial, será fundamental para a análise financeira que será desenvolvida nas secções seguintes.

Ricardo João Guimarães

aplicação do modelo energy service company (esco) em...

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