importancia medicao

Em pauta64

Medição e eficiência energética

Elaborado por César Lapa, Marco Antonio Saidel e Katia Gregio Di Santo

Figura 1: Gráfico do consumo mensal de energia

elétrica de um estabelecimento de exemplo

INTRODUÇÃOA eficiência energética destaca-se cada vez mais no ce-

nário brasileiro por contribuir com a redução da demanda futura por energia elétrica, consequentemente reduzindo impactos ambientais e sociais advindos da necessidade da implantação de grandes projetos de geração de energia.

Neste contexto, várias ações de eficiência energética vêm sendo implantadas, algumas voluntárias e outras obrigatórias, como o Programa de Eficiência Energética (PEE), em que as concessionárias distribuidoras de energia elétrica são obrigadas a propor e implementar programas de eficiência energética. Tais projetos devem ser corretamente avaliados, pois o dinheiro investido é uma contribuição da sociedade e o retorno proporcionado por esse investimento precisa ser assegurado. (Januzzi, Saidel et al, 2007).

1) OBJETIVOS DA MEDIÇÃO DE ENERGIAA medição de energia elétrica tem diversas finalidades,

entre elas o levantamento do consumo de energia elétrica mensal do estabelecimento, seja ele residencial, comercial, público ou industrial, e também o levantamento dos níveis de eficiência energética encontrados nestes estabelecimentos.

A seguir são apresentados alguns conceitos sobre medições de consumo de energia elétrica e sobre de-terminação de níveis de eficiência energética.

1.1) Medição do consumo mensal de energia elétricaPara a medição do consumo mensal de energia elétrica são

utilizados equipamentos de medição totalizadores de consumo, que registram a diferença de consumo total do mês anterior e o corrente, obtendo, assim, o consumo atribuído ao mês corrente, medido em kWh, sem a necessidade de uma medição diária.

Importância da medição de energia para a eficiência energética

A figura 1 apresenta um gráfico de consumo mensal medido para um estabelecimento.

A partir deste gráfico, é possível observar os consumos mensais durante o ano de 2009 de um estabelecimento e, desta forma, analisar o consumo de energia levando em conta as atividades do estabelecimento e o período do ano, criando estratégias para diminuir o consumo de energia elétrica do estabelecimento, implantando ações de eficiência energética.

1.2) Eficiência EnergéticaA implantação de ações de eficiência energética busca a

obtenção do menor índice de custo em relação à energia utilizada em um processo.

O custo da energia elétrica utilizada em um processo pode ser substituído por várias outras unidades, como: toneladas de minério produzido, litros de algum solvente etc. Desta

Em pauta66


forma, inúmeros índices de eficiência energética podem ser criados com o intuito de produzir com maior eficiência.

A figura 2 ilustra um gráfico da evolução do índice de eficiên-cia energética, medido em litros/kWh, para um estabelecimento.

Observa-se pela figura 2 que o índice de eficiência energé-tica litros/kWh apresenta um valor aproximadamente constante para a maioria dos períodos analisados, porém para outros, apresenta-se superior.

Nestes casos, muitas vezes são necessárias medidas corre-tivas para melhoria do índice de eficiência energética, como:

• Otimização do contrato de energia;• Melhoria do fator de potência;• Utilização de equipamentos mais eficientes, como motores,

lâmpadas etc.;• Melhoria nos processos de produção.Estas medidas são adotadas após um estudo de viabilidade

econômica, quando se verifica se o investimento realizado será amortizado com a economia de energia gerada pela implantação de ações de eficiência energética.

O estudo de eficiência energética necessita de dados detalhados do consumo de energia, como o consumo horário, mensal e anual.

Por meio da medição do consumo horário, é possível ob-servar o consumo do estabelecimento ao longo do dia, nos horários de ponta e fora de ponta, permitindo ao analista verificar mudanças de turno, horários de entrada e saída de pessoal, operação de máquinas etc. A figura 3 apresenta um gráfico da medição do consumo horário de um estabe-lecimento antes da implantação de programas de eficiência energética, e a figura 4 apresenta o gráfico para o mesmo estabelecimento depois da implantação dos programas. O intervalo de medição é de 15 minutos, característica básica do processo de faturamento de energia no Brasil.

Por meio da medição do consumo mensal, é possível acom-panhar o comportamento do consumo de energia frente à sazonalidade no ano, identificando, por exemplo, a diferença do consumo devido à utilização de ar-condicionado no verão, entre outros. A figura 1 é um exemplo desse tipo de medição.

Já a medição anual de energia apresenta uma visão geral do consumo de energia de um estabelecimento e a mudança no comportamento do consumo devido a ações de eficiência energética. A figura 5 apresenta um exemplo de medição anual de um estabelecimento.

Figura 2: Gráfico da evolução de um índice de eficiência

energética para um estabelecimento de exemplo

Figura 3: Medições horárias do consumo de energia elétrica

sem a implantação de programas de eficiência energética


com a implantação de programas de eficiência energética

Figura 5: Medição anual do consumo de energia

elétrica de um estabelecimento

67

1.3) Técnicas de medição para eficiência energéticaOs dados necessários para um estudo de eficiência ener-

gética devem ser coletados por meio de um sistema de ge-renciamento de energia, que deve ser capaz de fazer diversas medições de consumo e demanda de energia durante o dia, nos horários de ponta e fora de ponta.

Atualmente, existem diversas técnicas de medição, a seguir serão apresentadas algumas delas.

1.3.1) Leitura dos medidores a partir de um computadorEste tipo de medição utiliza medidores eletrônicos de energia

com porta de comunicação serial, padrão RS-485, e computador dedicado com software de leitura dos medidores e gerenciamento de energia, como é esquematizado na figura 6.

O funcionamento baseia-se na leitura pelo computador dos dados obtidos pelos medidores eletrônicos, que seguem para um banco de dados, os quais são tratados para apresentação de gráficos e relatórios.

Este sistema apresenta algumas fragilidades que podem comprometer a qualidade dos dados medidos quando ocor-rer uma falha na porta de comunicação serial do medidor ou eventual travamento do computador, pois o medidor não

contém memória de massa. A figura 7 apresenta um gráfico de medição de consumo horário quando ocorrem tais falhas.

1.3.2) Leitura dos medidores a partir de um concentradorEste tipo de medição utiliza medidores eletrônicos de ener-

gia com porta de comunicação serial, padrão RS-485, concen-tradores de dados conectados aos medidores e computador dedicado com software de gerenciamento de energia, como é esquematizado na figura 8.

Nesta configuração, os medidores eletrônicos realizam as medições, que são armazenadas nos concentradores de dados. Posteriormente, os dados seguem para o software de gerencia-mento contido no computador, onde são processados.

Neste caso, falhas em algum dos medidores podem com-prometer a leitura de outros medidores e, ainda, uma falha no concentrador pode levar à perda dos dados nele armazenados, comprometendo a qualidade da medição.

1.3.3) Utilização de medidores com memória de massaA utilização de medidores eletrônicos com memória de massa

apresenta-se mais segura em relação à qualidade dos dados coletados.O funcionamento é baseado na medição do consumo e de-

manda de energia por meio dos medidores, nos quais são arma-


diante de falhas no sistema de medição

Medidor sem memória de massa,pode haver falha na geração de gráficos

Figura 6: Esquema de medição utilizando

leitura a partir de um computador

Medidores eletrônicos com um único totalizador de energia, porta de comunicação serial

Software para leitura dos medidores eletrônicos e gerenciamento de energia

Par metálico: RS 485

switch

Figura 8: Esquema de medição utilizando concentrador de dados

Medidores eletrônicos com um único totalizador de energia, porta de comunicação serial

Memória para o registro das leituras de todos os medidores em diversos horários do dia

Eventual falha em um medidor poderá impedir a leitura dos outros medidores, ocasionando perda de dados de medição

Eventual falha no concentrador irá ocasionar a perda de todos os dados de medição


Concentradorde medidores

switch

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zenados os dados medidos, que seguem para um computador onde consta um sistema de gerenciamento de energia, onde os dados são tratados para posterior análise. Esta arquitetura é apresentada pela figura 8.

A memória de massa dos medidores pode ser configurada para um intervalo mínimo de 35 dias, com médias integradas a cada 15 minutos, garantindo melhor qualidade na medição. Desta forma, qualquer falha que venha a ocorrer na comunicação serial poderá ser resolvida em até 35 dias e não ocorrerá a perda de dados.

2) ESTUDO DE CASO A seguir apresenta-se um caso real de medições de energia

aplicadas em uma ação de eficiência energética, realizada no Hospital Universitário.

Esta ação de eficiência energética foi desenvolvida pelo Gru-po de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Gepea), com apoio financeiro da concessionária de energia local Eletropaulo.

2.1) Projeto de eficiência energéticaO projeto inicial previa a substituição de lâmpadas e reatores

eletromagnéticos conforme descrito a seguir:• 7314 lâmpadas fluorescentes tubulares de 40W por lâmpa-

das de 32W, modelo FO32W/21-840, Osram;• 50 lâmpadas fluorescentes tubulares de 20W por lâmpadas

16W, modelo FO16W/21-840, Osram;• 3657 reatores eletromagnéticos 2 x 40W por eletrônicos de

2 x 32W/220 V. modelo FT2x32 W – bivolt AFP;• 25 reatores eletromagnéticos por eletrônicos 2 x 16W/220

V, modelo QTIS-S Special.Com base neste conjunto de substituições, definido no diag-

nóstico energético da edificação, estimou-se a economia de energia de 793,9MWh/ano e a demanda evitada de 110,3kW.

O prédio do Hospital Universitário é alimentado por uma su-bestação secundária com um único ponto de monitoração em média tensão. Esee ponto é monitorado em tempo real com o Sistema de Gerenciamento de Energia (Sisgen) (Rosa, 2007), que recebe os dados do sistema de medição, este composto por transformadores de corrente e de tensão e transdutor de energia.

2.2) Linha de BasePara a correta avaliação das reduções de consumo de ener-

gia e demanda relacionados ao projeto de eficiência energética implantado, deve-se considerar que:

• Lâmpadas e reatores danificados: antes da implantação do programa havia 580 lâmpadas danificadas, ou seja, 8,6% da iluminação, correspondente a aproximadamente 18kW;

• Adequação à NBR 5413: foi realizado um estudo que constatou a ocorrência de índices de luminosidade abaixo da norma vigente, desta forma, os ambientes que apresentaram não conformidades foram modificados para se adequarem à norma. Portanto, a ade-

Figura 10: Demanda de potência no período de maio a junho de 2005

Medições sempre confiáveis para o técnico de eficiência energética


Figura 9: Esquema de medição utilizando medidores com memória de massa

Medidores eletrônicos com porta de comunicação serial e memória de massa

Servidor com banco de dados do consumo de energia

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quação acrescentou ou reduziu lâmpadas em alguns pontos, e foi estimado um decréscimo de 9kW em relação à demanda prevista;

• Seccionamento de circuitos: com o objetivo de evitar que algumas lâmpadas ficassem acesas desnecessariamente, alguns circuitos forma seccionados.

2.3) Medições de energia realizadasPara constatar a redução de consumo e demanda energética

com a introdução deste programa de eficiência energética, foram realizadas medições de energia antes e depois da implantação da ação. As medições foram realizadas no ponto de atuação do Sisgen e também nos corredores do ambulatório do primeiro andar, medição geral e parcial, respectivamente.

2.3.1) Medições antes da implantação do programa A medição parcial de energia foi realizada por 16 dias, entre

maio e junho de 2005. A figura 10 mostra a medição da de-manda de potência realizada nos corredores do ambulatório do primeiro andar para este período.

Neste período, foram registradas as seguintes medições:• Maior demanda de potência fora de ponta: 6,2kW;• Maior demanda de potência ponta: 4,5kW;• Consumo de energia do período: 836,6kWh.Na figura 11 é apresentada a demanda de potência de um

dia do período medido. A medição geral de energia foi realizada no mês de ju-

nho de 2005. A figura 12 mostra a medição da demanda de

Figura 11: Demanda de potência de um dia da medição parcial

Figura 12: Demanda de potência de um dia para medição geral

Em pauta70


e não somente o sistema de iluminação, não serve de referên-cia para aferir a economia gerada pelo programa, devendo ser feita, então, a análise por meio dos dados de medição parcial, ou seja, das medições realizadas no corredor do ambulatório do primeiro andar.

2.4) Verificação da economiaAs tabelas 1, 2 e 3 mostram os valores de demanda de po-

tência e consumo de energia antes e depois da execução do projeto de eficiência energética.

potência realizada por meio do Sisgen para este período. Neste período, foram registradas as seguintes medições:• Maior demanda de potência fora de ponta: 1127kW;• Maior demanda de potência ponta: 924kW;• Consumo de energia do período: 19041kWh.A figura 13 apresenta o consumo horário de energia de um dia. 2.3.2) Medições depois da implantação do programa (con-

dição eficiente)A medição parcial de energia foi realizada em 16 dias no

mês de novembro de 2005. A figura 14 mostra a medição da demanda de potência realizada nos corredores do ambulatório do primeiro andar para este período.

Neste período, foram registradas as seguintes medições:• Maior demanda de potência fora de ponta: 5,1kW;• Maior demanda de potência ponta: 2,9kW;• Consumo de energia do período: 347,6kWh.A figura 15 apresenta um detalhamento horário da demanda

de potência.A medição geral de energia foi realizada no dia da vistoria

final, ou seja, dois meses após a finalização das instalações do projeto. A figura 16 mostra a medição da demanda de potência e consumo diário de energia, realizadas por meio do Sisgen.

Neste período analisado, foram registradas as seguintes medições:

• Maior demanda de potência fora de ponta: 1083kW;• Maior demanda de potência ponta: 896kW;• Consumo de energia do período: 18742,3kWh.Observa-se que houve uma redução de demanda de potência

e consumo de energia na medição geral com a introdução do programa de eficiência energética, porém como a medição ge-ral abrange todos os equipamentos do Hospital Universitário,

Figura 13: Consumo de energia de um dia para medição geral

Figura 14: Demanda de potência no período de novembro de 2005

Figura 15: Demanda de potência de um dia para medição parcial

Antes Depois Redução

Dem. Pot.- Ponta 558 kW 360 kW 35,4 %

Dem. Pot. média - Ponta

367,9 kW 237 kW 35,5 %

Dem. Pot.- Fora Ponta

765 kW 629 kW 17,74 %

Consumo de energia

103281 kWh 42914 kWh 58,45 %


Dem. Pot.- Ponta 4,5 kW 2,9 kW 35,4 %

Dem. Pot. média - Ponta

3 kW 1,9 kW 35,5 %


6,2 kW 5,1 kW 17,74 %

Consumo de energia

836,6 kWh 347,6 kWh 58,45 %

Tabela 1: Valores de demanda de potência e consumo de

energia para corredor do ambulatório do primeiro andar

Tabela 2: Projeção de valores de demanda de potência e

consumo de energia para o sistema de iluminação geral

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Figura 16: Demanda de potência e consumo de energia de um dia para medição geral

Tabela 3: Valores de demanda de potência e consumo de

energia medidos na entrada de média tensão da planta


Dem. Pot.- Ponta 924 kW 896 kW 3 %


1127 kW 1083 kW 3,9 %

Consumo de energia diário

21361 kWh 19041 kWh 10,86 %

Considerando os valores da tabela 3, observa-se que a Economia de Energia Anual (EEA) é dada por 835,2MWh e a demanda de potência evitada na ponta é de 130,08kW.

2.5) Cálculo do RCBA relação custo-benefício da implantação do programa de

eficiência energética é observada na tabela 4. Os cálculos realizados estão de acordo com o procedimento válido à época. (Aneel, 2005).

Previsto Realizado Variação

Red. Dem. Pot.- Ponta (kW)

110,3 130 9 %

Red. Cons. Anual (kWh)

793.870 835.200 4,9 %

Benefício (R$) 154.398,80 164.405,90 6,5 %

Custo evit. Dem. Pot. (R$/kW)

457,9 - -

Custo evit. Ener. (R$/MWh)

130,9 - -

RCB 0,63 0,56 12 %

Tabela 4: Análise do RCB

Em pauta72


3) CONSIDERAÇÕES FINAISO crescente aumento do consumo de energia no Brasil, carac-

terística típica de países em desenvolvimento (Lamberts e Carlo, 2004), está diretamente ligado ao aumento do Produto Interno Bruto (PIB). Desta forma, as iniciativas de eficiência energética ganham cada vez mais importância.

Segundo (Lamberts et al, 2007), o Brasil possui grande potencial para reduzir o consumo de energia com a implan-tação de programas de eficiência energética, os quais são determinados pela Política Nacional de Conservação e Uso Racional de Energia.

O sucesso da implantação dos programas de eficiência ener-gética está diretamente ligado à qualidade dos dados obtidos por meio de medições de energia. Desta forma, o sistema de medições deve ser preciso e confiável, fornecendo dados de medições horárias para que o sistema de gerenciamento de energia possa tratá-los de forma adequada.

O programa de eficiência energética, para ser atrativo, deve possuir um bom índice de relação custo-benefício, pois o retorno do investimento ocorrerá com a energia economizada.

Observa-se que o programa de eficiência energética implanta-do no Hospital Universitário da USP apresentou um bom índice de relação custo-benefício, além de ter realizado a adequação dos ambientes de acordo com a norma NR 10, devendo, assim, servir de exemplo para incentivar a promoção de iniciativas de eficiência energética em outros estabelecimentos.

4) REFERÊNCIASANEEL (2005). Manual para elaboração do programa de efi-

ciência energética – ciclo 2005/2006.

ANEEL (2008). Manual para elaboração do programa de efi-ciência energética – 2008.

JANNUZZI, G. M., DANELLA, M. A., SILVA, S. A. S (2004). Meto-dologia para aplicação dos recursos dos programas de eficiência energética. In: Energy Discussion Paper. Campinas.

JANNUZZI, G. M., SAIDEL, M. A et al (2007). Avaliação dos programas de eficiência energética das concessionárias de dis-tribuição de eletricidade e sugestõs para a revisão da sua regu-lamentação. Relatório preparado para o Banco Mundial. ANEEL.

LAMBERTS, R. e CARLO, J. C. (2004). Uma discussão sobre a regulamentação em eficiência energética em edificações. In: Congresso de Ar-condicionado, Refrigeração, Aquecimento e Ventilação do Mercosul, IV Mercofrio. Curitiba.

LAMBERTS, R., GOULART, S. et al (2007). Regulamentação de Etiquetagem Voluntária de Nível de Eficiência Energética de Edi-fícios Comerciais e Públicos. In: IX Encontro Nacional e V Latino Americano de Conforto no Ambiente Construído. Porto Alegre.

ROSA, L. H. L (2007). Sistema de apoio à gestão de utilidades e energia: aplicação de conceitos de sistemas de informação e apoio à tomada de decisão. Dissertação de Mestrado. Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo.

C é s a r L a p a é e n g e n h e i r o e l e t r ô n i c o c o m M B A e m

gerenciamento de energia e é diretor-comercial da CCK.

Marco Antonio Saidel é professor livre docente da Escola

Politécnica da USP e atua na área de eficiência energética

Katia Gregio Di Santo é engenheira eletricista e atua na área de

eficiência energética

importancia medicao

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