Post on 26-Jun-2015
Conservação de Energia
Conceitos e Fundamentos
Definições de Energia
Aristóteles, Século IV A.C. Uma realidade em movimento
Maxell, 1.872 D.C. É aquilo que permite uma mudança na
configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste à esta mudança.
Senso Comum Hoje Medida da capacidade de efetuar trabalho
0 1 2 3 4 5 6 70.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Tempo (s)
Potê
ncia
(W
)Potência e Energia
0
0
t T
t
E P dt
Formas de Energia Energia nuclear e atômica Energia química Células de combustível Energia Mecânica ...
Energia Disponível em Sistemas Reais
Energia cinética de translação da Terra em torno do Sol 2,6E+34 J
Radiação solar recebida pela Terra em 24 h 5,5E24 J
Energia total anual em descargas atmosféricas 3,2E18 J
Consumo anual de um carro a gasolina compacto 4,0E10 J
Energia químia em um barril de petróleo 6,5E9 J
Energia cinética de uma bola de tênis (50 g) a 25 m/s 1,5E1 J
Energia para o salto de uma pulga 1,0E-7 J
Energia cinética média dos eétricos de átomos a 20oC 1,0E-20 J
Níveis de Potência de Processos Reais
Potência liberada pelo Sol 3,4E27 W
Radiação solar interceptada pela Terra 1,7E17 W
Relâmpago gigante 2E13 W
Turbogerador a vapor de grande porte 1,0E9 W
Potência do eixo de um carro de F-1 8,0E5 W
Vôo de um beija-flor 7,0E-1 W
Coração de um recém-nascido 4E-1 W
Conversões Energéticas
Energia Térmica(Radiação)
Energia Química Energia NuclearEnergia Térmica
(E. Interna)Energia Mecânica Energia Elétrica
Fotossíntese
Quimioluminescência
Reator Nuclear
Reação Exotérmica
Coletor Solar
Atrito
Máquina Térmica
Músculo
Motor Elétrico
Dínamo/Alternador
Tubo catódico, lâmpada fluorescente
Termopilha
Resistência
Célula fotovoltaica
Bateria
Eletrólise
Participação dos Setores no Consumo de Energia (2001)
Mineração e Pelotização; 4%Têxtil; 2%
Ferro-Ligas;
1%
Ferro-Gusa e Aço; 23%
Ali-men-tos e Be-
bidas; 23%
Química;
11%
Papel e Celulose; 10%
Não-Ferrosos e Outros Metais; 7%
Ci-mento; 7%
Cerâmica; 5%
Outros; 7%
Energéticos Utilizados na Indústria (2001)
Elet
ricid
ade
Bagaç
o de
Can
a
Óleo
Combu
stív
el
Coque
Car
vão
Miner
al
Outra
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al
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Outro
s0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%
20% 19%
15%
11% 11%
9% 9%8%
6%5%
9%
Consumo Final na Indústria (2001)
Calor o Processo; 35%
Força Motri
z; 11%
Eletroquímica; 2%Iluminação; 1%
Aquecimento Direto; 51%
Energia para Força Motriz
Óleo Diesel; 3%
Eletricidade; 97%
Evolução do Peso dos Motores
1890 1910 1930 1950 1970 19900
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ano
kg
/ /
kW
Evolução do Rendimento
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1665
70
75
80
85
90
95
1955
1983
Potência (cv)
Ren
dim
en
to (
%)
Desequilíbrio Tensão X Perdas
-1% 0% 1% 2% 3%0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%
Desequilíbrio de Tensão (%)
Au
men
to d
as P
erd
as (
%)
Desbalanço X Conjugado
-1% 0% 1% 2% 3% 4% 5%80%
85%
90%
95%
100%
Conjugado (%)
Desbalanceamento de Tensão (%)
Perd
a d
e C
on
jug
ad
o (
%)
Carregamento dos Motores
0,75 < g < 1; 30%
g > 1; 4% g < 0,5; 36%
0,5 < g < 0,75; 30%
Distribuição dos Rendimentos
h > 0,9; 26%
h < 0,7; 19%
0,7 > h > 0,8; 17%
0,8 > h > 0,9; 38%
Perdas em um MIT
MIT 37 kW / 50 cv
Perdas por ventilação
Perdas por atrito
Perdas por dispersão
Perdas por histerese e foucalt
Perdas joule no estator
Perdas joule no rotor
Motor de Alto Rendimento Aumento no volume de cobre para evitar
perdas por efeito joule (50 – 60%)
Melhoria no material do núcleo (aço-silício e laminado mais fino) (20 – 25%) em perdas por histerese e correntes de Foucalt
Otimizar o projeto via diminuição de gaps de A/R (11 – 14%)
Diminuir atritos em rolamentos e circulação de ar para refrigeração (5%)
Triângulo das Potências em um Motor
Potência do Eixo (W)Potência de Perdas (W)
Pot
ênci
a R
eativ
a (V
ar)
Potência Aparente (VA)
q
qatualqdesejado
Qdesejado
Qatual Qcap
Plib
Corrigindo o FDesl
Motores de Indução
1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0
P
C
cos F
I1
s
Curvas (100cv Standard)
Curvas (100cv alto rendimento)
Curvas (10cv Standard)
Curvas (10cv alto rendimento)
Conjugado e Corrente (10 cv)
Standard Alto Rendimento
Distribuição da Perdas
Ferro; 20%
Mecânicas; 10%
Estator; 33%
Rotor; 20%
Suplem.; 15%
Desempenho X Tensão
110% 90%
- De partida, Máximo e de Operação
Aumenta 12% Diminui 19%
- Síncrona Não se altera Não se altera - Plena Carga Aumenta 1% Diminui 1,5% - Escorregamento Diminui 17% Aumenta 23%Rendimento - Plena Carga Aumenta 0,5 a 1% Diminui 2% - 3/4 Carga Pequena Mudança Pequena Mudança - 1/2 Carga Diminui 1 a 2% Aumenta 1 a 2%Fator de Deslocamento - Plena Carga Diminui 3% Aumenta 1% - 3/4 Carga Diminui 4% Aumenta 1 a 3% - 1/2 Carga Diminui 5 a 6% Aumenta 4 a 5%Corrente - Partida Aumenta 10 a 12% Diminui 10 a 12% - Plena Carga Diminui 7% Aumenta 11%Temperatura Diminui 3 a 4oCCapacidade de Sobrecarga Aumenta 21% Diminui 19%Ruído de Origem Mangética Leve Aumento Leve Queda
Variação da Tensão NominalCaracterística
Torque
Rotação
Motor de 30cv sobredimensionado
FDesl, MIT 30 cv
0 4,000 8,000 12,0000
4,000
8,000
12,000
Potência Ativa (Watt)
Po
tên
cia
Re
ati
va
(V
ar)
FDesl, MIT 15 cv
0 4,000 8,000 12,0000
4,000
8,000
12,000
Potência Ativa (Watt)
Po
tên
cia
Re
ati
va
(V
ar)
Comparativo entre motor superdimensionado e bem dimensionado
0 4,000 8,000 12,0000
4,000
8,000
12,000
Eixo, 30cvReativa, 30cvAparente, 30cvPerdas, 30cvEixo, 15cvPerdas, 15cvAparente, 15cvReativa, 15cv
Potência Ativa (Watt)
Po
tên
cia
Re
ati
va
(V
ar)
30 X 15 cv com R$0,16 / kWh (1 ano)30 cv 15 cv
Tensão 380 V 380 V
Corrente 26,18 A 21,7 A
cos j 0,7006 0,8326
h 0,9051 0,9117
Pcarga 15 cv 15 cv
Pelétrica 16,57 cv 16,45 cv
Economia 88,30 W R$ 123,76
Energia Reativa Excedente 7.226,95 Var 2.896,98 Var
Reativo Excedente 3.819,79 W 1.271,14 W
Economia Reativos 2.548,65 W R$ 3.572,19
Motor trabalhando 24 horas por dia e o preço médio do kWh de R$ 0,16
Tarifação de Energia Elétrica
Especialização em Engenharia da Manutenção Industrial
Introdução Quantia que deve ser
paga pela prestação do serviço
Parâmetro para a correta tomada de decisão
Síntese dos parâmetros de consumo (histórico)
Sistema Elétrico Padrões de Qualidade
Serviço Produto
Sistemas de Distribuição: Regime das cargas não é fixo Os valores máximos das cargas não ocorrem ao
mesmo tempo
0:00
0:45
1:30
2:15
3:00
3:45
4:30
5:15
6:00
6:45
7:30
8:15
9:00
9:45
10:3
0
11:1
5
12:0
0
12:4
5
13:3
0
14:1
5
15:0
0
15:4
5
16:3
0
17:1
5
18:0
0
18:4
5
19:3
0
20:1
5
21:0
0
21:4
5
22:3
0
23:1
50
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
Tempo (h:min)
Dem
anda (
kW
)
Demanda (15 min)
Demanda Contratada
MAXDFD
CI
0:00
0:45
1:30
2:15
3:00
3:45
4:30
5:15
6:00
6:45
7:30
8:15
9:00
9:45
10:3
0
11:1
5
12:0
0
12:4
5
13:3
0
14:1
5
15:0
0
15:4
5
16:3
0
17:1
5
18:0
0
18:4
5
19:3
0
20:1
5
21:0
0
21:4
5
22:3
0
23:1
50
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
Tempo (h:min)
Dem
anda (
kW
)
Fator de Carga
Demanda Média
Demanda Máxima
MED
MAX
DFC
D
Comportamento mensal
1/7
/09 0
:00
2/7
/09 0
:00
3/7
/09 0
:00
4/7
/09 0
:00
5/7
/09 0
:00
6/7
/09 0
:00
7/7
/09 0
:00
8/7
/09 0
:00
9/7
/09 0
:00
10/7
/09 0
:00
11/7
/09 0
:00
12/7
/09 0
:00
13/7
/09 0
:00
14/7
/09 0
:00
15/7
/09 0
:00
16/7
/09 0
:00
17/7
/09 0
:00
18/7
/09 0
:00
19/7
/09 0
:00
20/7
/09 0
:00
21/7
/09 0
:00
22/7
/09 0
:00
23/7
/09 0
:00
24/7
/09 0
:00
25/7
/09 0
:00
26/7
/09 0
:00
27/7
/09 0
:00
28/7
/09 0
:00
29/7
/09 0
:00
30/7
/09 0
:00
31/7
/09 0
:00
1/8
/09 0
:00
0E+00
2E+03
4E+03
6E+03
8E+03
10E+03
12E+03
14E+03
0E+00
1E+06
2E+06
3E+06
4E+06
5E+06
6E+06
7E+06
8E+06
Potência
Energia
Dd/mm/aa h:min
Dem
an
da (
kW
)
Con
su
mo (
kW
h)
Comportamento semanal
1/7
/09 0
:00
1/7
/09 4
:48
1/7
/09 9
:36
1/7
/09 1
4:2
41/7
/09 1
9:1
22/7
/09 0
:00
2/7
/09 4
:48
2/7
/09 9
:36
2/7
/09 1
4:2
42/7
/09 1
9:1
23/7
/09 0
:00
3/7
/09 4
:48
3/7
/09 9
:36
3/7
/09 1
4:2
43/7
/09 1
9:1
24/7
/09 0
:00
4/7
/09 4
:48
4/7
/09 9
:36
4/7
/09 1
4:2
44/7
/09 1
9:1
25/7
/09 0
:00
5/7
/09 4
:48
5/7
/09 9
:36
5/7
/09 1
4:2
45/7
/09 1
9:1
26/7
/09 0
:00
6/7
/09 4
:48
6/7
/09 9
:36
6/7
/09 1
4:2
46/7
/09 1
9:1
27/7
/09 0
:00
7/7
/09 4
:48
7/7
/09 9
:36
7/7
/09 1
4:2
47/7
/09 1
9:1
28/7
/09 0
:00
0E+00
2E+03
4E+03
6E+03
8E+03
10E+03
12E+03
14E+03
0E+00
1E+06
2E+06
Potência
Energia
Dd/mm/aa h:min
De
ma
nd
a (
kW
)
Co
nsu
mo
(k
Wh
)
Fator de Deslocamento
R V
Fator de Deslocamento
Resistor Puro
Potência
Tensão
Corrente
Tempo (s)
Indutor Puro
PotênciaTensão
Tempo (s)
Capacitor Puro
PotênciaTensão
Tempo (s)
Circuito RL
PotênciaTensão
Tempo (s)
Triângulo das Potências
S
P
Qj
jcosS
PFP
Economia de Reativos
53,1°
23,1° Reati
vos
Exc
edente
s fa
tura
dos
em
kW
e
kWh
Vantagens da Correção
228 A
304 A
380 A
S = 150 kVA
S = 250 kVA
FDesl = 0,6
S = 250 kVA
FDesl = 0,6S = 250
kVA 228 A
304 A
380 A
Corrigindo o FDesl
250 kVA
150 kW100 kW
200 kVAr
53,1
Conceitos Adicionais Período Seco e Período Úmido
Seco maio a novembro Úmido dezembro a abril
Tensão de Fornecimento
Tensão Carga Instalada Demanda
secundária < 75 kW
primária < 69kV > 75 kW < 2500 kW
primária > 69kV > 2500 kW
Grupos
GRUPO "B"
Subgrupo Tensão de Fornecimento
B1 residencial
B1 residencial baixa renda
B2 rural
B2 serciço público de irrigação
B3 demais classes
B4 iluminação pública
GRUPO "A"
Subgrupo Tensão de Fornecimento
A1 >= 230kV
A2 88 kV a 138 kV
A3 69 kV
A3a 30 kV a 44 kV
A4 2,3 kV a 25 kV
Estrutura Tarifária Convencional
Horo-Sazonal Azul: cobradas de acordo com as horas do dia e
com o período do ano Verde: cobradas de acordo com as horas do dia e
período do ano, porém com uma tarifa única para a demanda
Faturamento Grupo B Consumo kWh e KVar* (*quando aplicável!)
Valores mínimos faturáveis
Entrada Valor em R$ para
monofásica 30 kWh
bifásica 50 kWh
trifásica 100 kWh
Faturamento Grupo A Demanda Faturável (kW)
Contratada Medida
Consumo (kWh) Contratada (se houver) Medida
Consumo e Demanda de Reativos Excedentes
maior
maior
VPF = Valor Parcial da Fatura (R$) CF = Consumo Faturado (kWh) TC = Tarifa de Consumo (R$/kWh) TD = Tarifa de Demanda (R$/kW) ICMS = Imposto sobre Circulação de
Mercadorias e Serviços
Faturamento Grupo A [cont.]
1
1VPF CF TC DF TD
ICMS
Tarifa de Ultrapassagem Tolerância
>= 69 kV 5 % < 69kV 10%
Azul FDUp = (DMp – DCp) x TUp FDUf = (DMf – DCf) x TUf
Verde FDU = (DM-DC) x TU
Quadro Resumo
Azul Verde Convencional
Demanda (kW)PontaFora de Ponta
Preço Único Preço Único
Consumo (kWh) Preço Único
Ponta ÚmidoFora Ponta ÚmidoPonta SecoFora Ponta Seco
Custo da Demanda
Azul Verde Conv. Azul Verde Conv.Ponta Fora Ponta
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
29.73
7.74
23.82
7.74 7.74
23.82
Series1
Cu
sto
(R
$/k
W)
Custo da Demanda + ultrapassagem
Azul Verde Conv. Azul Verde Conv. Azul Verde Conv. Azul Verde Conv.PN PU FPN FPU
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
29.73
7.74
23.82
89.19
23.22
71.46
7.74 7.74
23.82 23.22 23.22
71.46
Cu
sto
(R
$/k
W)
Demanda e Consumo
Azul Verde Conv. Azul Verde Conv.PN FPN
0
5
10
15
20
25
30
35
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
29.73
7.74
23.82
7.74 7.74
23.82
0.24049
0.93086
0.16089 0.14796 0.14796 0.16089
R$ / kW
R$ / KW.h
De
ma
nd
a (
R$
/ k
W)
Co
nsu
mo
(R
$ /
kW
.h)
Fonte das tarifas Convencional
http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/index.php?option=com_content&task=view&id=286&Itemid=94
Azul http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/ind
ex.php?option=com_content&task=view&id=287&Itemid=94
Verde http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/ind
ex.php?option=com_content&task=view&id=288&Itemid=94