Revista Tcnico-Cientfica |N13| Junho de 2014http://www.neutroaterra.blogspot.com

EUTRO TERRA

InstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto EngenhariaElectrotcnica readeMquinaseInstalaesElctricas

Nesta edio da revista, merece particular destaque a colaborao da

Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Brasil, com um importante

artigo sobre Prdios Inteligentes. Green Buildings. Na realidade, o interesse

crescente pela nossa revista Neutro Terra vai muito para alm do nosso

pas, verificandose o agrado das comunidades acadmicas e muitasempresas do setor eletrotcnico de outros pases em acederem a uma revista

especializada que alia publicaes de natureza mais cientfica com outras de

natureza mais prtica.Professor Doutor Jos Beleza Carvalho

MquinasEltricasPg.05

EnergiasRenovveisPg.09

InstalaesEltricasPg.19

Telecomunicaes

Pg.35Segurana

Pg.41EficinciaEnergticaPg.57

AutomaoDomticaPg.63

N13 1semestrede2014 ano7 ISSN:16475496

EU

TR

O

TE

RR

A

FICHATCNICA DIRETOR: Doutor Jos Antnio Beleza CarvalhoSUBDIRETORES: Eng. Antnio Augusto Arajo Gomes

Doutor Roque Filipe Mesquita BrandoEng. Srgio Filipe Carvalho Ramos

PROPRIEDADE: rea de Mquinas e Instalaes EltricasDepartamento de Engenharia ElectrotcnicaInstituto Superior de Engenharia do Porto

CONTATOS: jbc@isep.ipp.pt ; aag@isep.ipp.pt

ndice

03| Editorial

05| Mquinas Eltricas

Regulao de velocidade em motores de corrente contnua

Jos Antnio Beleza Carvalho

09| Energias Renovveis

Autoconsumo Fotovoltaico. A democratizao da Energia.

Manuel Azevedo

Diogo Maximino Ribeiro da Silva

19|

25|

Instalaes Eltricas

Traagem eltrica.

Mrio Fernando Soares de Almeida

Poluio harmnica em Instalaes Eltricas Industriais

Jos Rodrigo Pereira

Jos Antnio Beleza Carvalho

35| Telecomunicaes

ITED 3 Edio 2015: Manual evolutivo e reconstrutivo

Srgio Filipe Carvalho Ramos

41| Segurana

Incndio. Um Risco constante com elevado potencial de perigo

Frederico Miguel Cardoso Rosa

57| Eficincia Energtica

Manual de Boas Prticas para Cadastro de IP

Alberto Van Zeller

63| Automao e Domtica

Prdios inteligentes. Green Buildings.

Roberto Ribeiro Neli

Paulo Dnis Garcez da Luz

67| Autores

PUBLICAO SEMESTRAL: ISSN:16475496

EDITORIAL

3

Estimados leitores

A recesso econmica que se verifica atualmente tem afetado todos os setores da nossa economia, no entanto, a indstria

eletrotcnica tem mantido apesar de tudo uma dinmica muito aprecivel. Um facto importante, que decorreu durante o

primeiro semestre deste ano, foi a discusso sobre a Proposta de Lei 101/2014, de 27 de maro, relativa ao Estatuto dos

Tcnicos Responsveis por Instalaes Eltricas de Servio Particular. Este documento, bastante polmico, que se encontra na

fase final de aprovao, vai ser determinante na interveno dos engenheiros eletrotcnicos na rea das instalaes eltricas.

Contamos na prxima edio da nossa revista Neutro Terra apresentar um artigo sobre este assunto.

Nesta edio da revista, merece particular destaque a colaborao da Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Brasil, com

um importante artigo sobre Prdios Inteligentes. Green Buildings. Na realidade, o interesse crescente pela nossa revista

Neutro Terra vai muito para alm do nosso pas, verificandose o agrado das comunidades acadmicas e muitas empresasdo setor eletrotcnico de outros pases em acederem a uma revista especializada que alia publicaes de natureza mais

cientfica com outras de natureza mais prtica. Nesta edio da revista merecem ainda particular destaque os temas

relacionados com as mquinas eltricas, as energias renovveis e a eficincia energtica, as instalaes eltricas, os sistemas de

segurana e as telecomunicaes.

A utilizao de energias renovveis esto cada vez mais presentes na produo de eletricidade, pois permitem diminuir a

utilizao dos combustveis fosseis na produo convencional de energia eltrica. Com a introduo da microproduo em

Portugal (DL 363/2007) teve incio a primeira fase da implementao do solar fotovoltaico. Os consumidores passaram a ser

produtores de energia. Com o aumento do preo da eletricidade e a forte descida dos custos do fotovoltaico vaise assistir nosprximos anos a verdadeira democratizao da energia atravs da introduo de conceitos de autoconsumo. Nesta revista,

apresentase um artigo sobre o autoconsumo solar fotovoltaico que pode representar uma soluo para os consumidoresreduzirem o impacto do aumento da eletricidade e ao mesmo tempo permitir a criao de um mercado solar fotovoltaico

sustentvel.

No mbito das instalaes eltricas, da eficincia energtica e da qualidade da energia eltrica, publicase um artigo sobrePoluio Harmnica em Instalaes Eltricas Industriais. Este ainda atualmente um assunto de difcil compreenso e

desconhecido, cujas consequncias na industria se fazem sentir por importantes prejuzos de natureza tcnica e econmica. No

artigo que apresentado feita uma anlise tcnica e cientfica ao problema das componentes harmnicas nas instalaes

eltricas industriais, apresenta as suas causas e consequncias, e as solues que atualmente existem no mercado para

minimizar este problema.

Ao longo das ltimas dcadas Portugal tem assistido a um abrandamento na construo civil e, naturalmente, na construo de

edificado novo. Porm, subsiste a necessidade de requalificar os edifcios ja existentes que sero, indubitavelmente, o grande

nicho de negcio nas dcadas vindouras. Paralelamente, a legislao e as especificaes e prescries tcnicas das diversas

instalaes especificas, designadamente as Infraestruturas de Telecomunicaes em Edifcios (ITED), devem convergir para a

harmonizao com as Normas Europeias e adaptadas realidade econmica do pas. Neste mbito, uma edio do Manual ITED

(a 3 Edio) ser publicada no prximo ano de 2015, e visa fundamentalmente a atualizao das especificaes e prescries

tcnicas com a normalizao europeia e uma convergncia com a real situao econmica portuguesa. O artigo que

apresentado prope, de uma forma sucinta, evidenciar as principais alteraes decorrentes da proposta do novo

enquadramento das Infraestruturas de Telecomunicaes em Edifcios.

EDITORIAL

4

Nesta edio da revista Neutro Terra podese ainda encontrar outros assuntos muito interessantes e atuais, como um artigosobre Regulao de Velocidade de Motores de Corrente Contnua, um artigo que aborda a Traagem Eltrica nas Instalaes

Eltricas, um artigo muito importante sobre os Riscos de Incndios nas Instalaes Eltricas, e um artigo relacionado tambm

com a eficincia energtica, neste caso, sobre a elaborao de UmManual de Boas Prticas no Cadastro da Iluminao Pblica.

Desejando que esta edio da revista Neutro Terra satisfaa novamente as expectativas dos nossos leitores, apresento os

meus cordiais cumprimentos.

Porto,junhode2014

JosAntnioBelezaCarvalho

ARTIGO TCNICO

5

1. Introduo

Uma grande parte das aplicaes em que se utiliza fora

motriz beneficiaria, em termos de consumo de energia

eltrica e de desempenho global, se a velocidade do motor

se ajustasse s necessidades do processo. Existem muitas

aplicaes em que necessrio regulao e controlo de

velocidade, como em mquinas ferramentas, ventoinhas,

elevadores, veculos de trao eltrica, entre outras.

A utilizao de variadores eletrnicos de velocidade (VEVs)

permite responder a alteraes nas condies de carga do

motor atravs da variao da sua velocidade. Atravs da

regulao da velocidade de rotao dos motores, os

variadores eletrnicos de velocidade proporcionam uma

melhoria das condies de funcionamento dos processos,

um menor desgaste dos componentes mecnicos, um menor

rudo de funcionamento e, fundamentalmente, uma

substancial poupana de eletricidade.

Os motores de corrente contnua (DC) so ainda muito

utilizados em sistemas que requerem variao de

velocidade. Nestes motores, o controlo e a regulao de

velocidade acima e abaixo da respetiva velocidade nominal

facilmente conseguido, sendo os reguladores de velocidade

destas mquinas mais simples e menos dispendiosos que os

reguladores de velocidade usados nas mquinas de corrente

alternada (AC).

As tecnologias inerentes ao controlo e regulao de

velocidade evoluiu muito nos ltimos anos.

No sistema clssico pelo mtodo WardLeonard, mquinasrotativas eram utilizadas para variar a velocidade dos

motores DC. Atualmente, so utilizados conversores

eletrnicos com semicondutores de estado slido para esta

finalidade.

2. SistemaWardLeonard

Este sistema apareceu por volta de 1890 e utiliza um grupo

motorgerador (MG) para controlar a velocidade do motorDC, como se apresenta na Figura 2. O motor do grupo MG(normalmente um motor AC de induo) gira a velocidade

constante. Variando RC1 (restato de excitao do gerador)

possvel variar a corrente de excitao do gerador ig,

alterando assim a tenso V quer aos terminais do gerador

quer aos terminais do motor. A variao da tenso V aos

terminais do motor DC permite variar a velocidade deste.

Este sistema funciona em dois modos de controlo.

Figura2.SistemaWardLeonard

a) Controlo pela Tenso na Amadura V

Neste modo de controlo a corrente excitao do motor

atravs de RC2 (restato de excitao do motor) mantida

constante e no seu valor nominal. A corrente de excitao do

gerador ajustada em RC1, para variar a tenso desde zero

at ao seu valor nominal. A velocidade do motor ir variar

desde zero at velocidade nominal, como se pode ver na

figura 3.

JosAntnioBelezaCarvalhoInstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto

REGULAO DE VELOCIDADE EM MOTORES DE CORRENTE CONTNUA

Figura1.MotordeCorrenteContnua

ARTIGO TCNICO

6

b) Controlo pela corrente de excitao

Este modo de controlo utilizado para variar a velocidade

acima do valor nominal. Neste caso, a tenso na armadura

mantmse constante e vaise diminuindo a corrente deexcitao do motor em RC2, obtendose assim velocidadesmais elevadas. Como a corrente na armadura vaise manteraproximadamente constante, dizse que o motor funciona apotncia constante. Obviamente que o binrio do motor

decresce ligeiramente com o aumento da velocidade, como

se pode ver na Figura 3.

2. Controlo Eletrnico

Os conversores de estado slido so atualmente usados para

substituir o grupo DM do sistema WardLeonard no controlode velocidade dos motores DC. A Figura 4 apresenta o

diagrama de blocos de um sistema conversor de estado

slido. Os conversores utilizados baseiamse emretificadores e choppers de comutao controlada.

2.1 Retificadores controlados

Quando a fonte de alimentao alternada, os retificadores

podem ser utilizados para converter uma tenso constante

AC numa fonte de tenso varivel DC. Se os dispositivos de

comutao forem todos dispositivos controlados, como os

tirstores, o conversor denominado de Totalmente

Comandado. Se os dispositivos comutadores forem metade

deles tirstores e a outra metade dodos, o conversor

denominado de Semicomandado. Como apresentado na

Figura 5, o ngulo de disparo dos tirstores determina ovalor mdio da tenso de sada Vt. O sinal de controlo Vc

varia o ngulo de disparo e, consequentemente, varia atenso Vt.

Alimentao monofsica: conversor totalmente controlado

(1)

Alimentao monofsica: conversor semicontrolado

(2)

Alimentao trifsica: conversor totalmente controlado

(3)

Alimentao trifsica: conversor semicontrolado

(4)

Onde Vp o valor eficaz da tenso alternada monofsica. A

variao da tenso Vt aos terminais do motor em funo do

ngulo de disparo apresentada na Figura 6, para ambos

Figura5.RetificadorcontroladoparacontrolovelocidadedemotoresDC

Figura3.SistemaWardLeonard.Regulaomista

Figura4.Diagramadeblocosdeumsistemaconversordeestadoslido

ARTIGO TCNICO

7

2.3 Operao em malha fechada

Em acionamentos do motor DC onde se exige uma

velocidade rigorosamente constante, o controlo em malha

aberta no totalmente satisfatrio.

Em malha aberta, variaes no binrio da carga originam

variaes na velocidade. Em controlo em malha fechada a

velocidade pode ser mantida constante, ajustando a tenso

aos terminais do motor de acordo com as variaes do

binrio de carga. A Figura 8 apresenta um diagrama de

blocos de um controlo em malha fechada

As principais vantagens da operao em malha fachada a

possibilidade de obter velocidade de funcionamento

constante, a preciso no valor da velocidade obtida,

excelente resposta dinmica e estabilidade de

funcionamento.

Figura8.Controloemmalhafechada

os conversores, totalmente controlado e semicontrolado. Se

a queda de tenso RaIa for desprezada (Vt=Ea), as curvas da

Figura 6 tambm representam a variao de Ea e, como tal, a

variao da velocidade com o ngulo de disparo.

2.2 Choppers

O chopper converte uma tenso contnua fixa numa tenso

contnua varivel. O diagrama esquemtico e as formas de

onda so apresentadas na Figura 7.

(5)

Em que: Ton representa interruptor fechado, o ndice demodulao do chopper e T o perodo de comutao.

Figura6.Caratersticasdoretificadorcontrolado

ont

tV V VT

Figura7.CircuitoeOperaodeumChopper

ARTIGO TCNICO

8

Em malha fechada o sistema tambm pode ser

dimensionado para funcionar a potncia constante ou

binrio constante, ou seja, permitir uma regulao mista. Um

sistema de controlo em malha fechada com anel de

realimentao de corrente permite a regulao mista do

motor DC. Na Figura 9 apresentase um diagrama de blocosdum sistema de controlo deste tipo.

No motor DC, a resistncia da armadura (Ra) e a indutncia

(La) tomam valores reduzidos. Como tal, a constante de

tempo do circuito da armadura tambm reduzida.

Assim, uma pequena variao da tenso aplicada resulta

numa variao elevada de corrente no circuito da armadura.

O anel de realimentao de corrente protege o conversor e o

motor para variaes que possam tomar valores elevados de

corrente.

A sada do controlador de velocidade representa um

comando de binrio. Como o binrio ser proporcional

corrente Ia*, a sada do controlador de velocidade

representa o controlo da corrente Ia. O controlador de

corrente vai limitar a corrente na armadura. O controlador

de velocidade e o controlador de corrente podem ser do tipo

Proporcional (tipo P) ou ProporcionalIntegral (tipo PI). Aescolha depende da qualidade e do rigor que se pretende

para o controlo em malha fechada do motor.

3. Concluso

Os motores de corrente contnua so ainda muito utilizados

em sistemas que requerem variao de velocidade. O

controlo e a regulao de velocidade acima e abaixo da

respetiva velocidade nominal facilmente conseguido,

sendo os reguladores de velocidade destas mquinas mais

simples e menos dispendiosos que os reguladores de

velocidade usados nas mquinas de corrente alternada.

A utilizao de VEVs na regulao da velocidade de rotao

dos motores de corrente contnua proporcionam uma

melhoria das condies de funcionamento dos processos,

um menor desgaste dos componentes mecnicos, um menor

rudo de funcionamento e, fundamentalmente, uma

substancial poupana de energia eltrica.

A regulao de velocidade destes motores assenta

fundamentalmente no controlo e regulao da tenso

aplicada na armadura e, ou, controlo da corrente de

excitao do motor. Para tal, utilizamse conversoreseletrnicos baseados em retificadores controlados e

choppers.

A operao destes conversores em malha fachada permite

obter nos motores velocidade de funcionamento constante,

maior preciso no valor da velocidade obtida, excelente

resposta dinmica e regimes de funcionamento com elevada

estabilidade

Bibliografia

[1] Beleza Carvalho, J. A., Mquinas Eltricas de Corrente

Contnua. Apontamentos da disciplina de Mquinas Eltricas

I. ISEP, Porto, maro de 2014.

[2] WEG, Motores de Corrente Contnua. www.weg.net.

Catlogo WEG 2012.

[3] Sen, P.C., Principles of Electric Machines and Power

Electronics. Editor: John Wiley & Sons.

[4] Fitgerald, A.E., Charles Kingsley. Electric Machinery.

Editor: McGraw Hill.

[5] ABB, Low Voltage Industrial Performance Motors.

Catlogo ABB 2009.

Figura9.Controloemmalhafechadacomrealimentaodecorrente

a

a

LR

ARTIGO TCNICO

9

1. Introduo

Com a introduo da microproduo em Portugal (DL

363/2007) teve incio a primeira fase da implementao do

solar fotovoltaico. Os consumidores passaram a ser

produtores de energia. Com o aumento do preo da

eletricidade e a forte descida dos custos do fotovoltaico

iremos assistir nos prximos anos verdadeira

democratizao da energia atravs da introduo de

conceitos de autoconsumo.

1. Enquadramento

Na ltima dcada, a fatura de energia eltrica aumentou

continuamente nos diferentes nveis de tenso de

alimentao. Este aumento devese no s ao aumento dacarga fiscal em 2012 (aumento do IVA de 6% para 23%) mas

tambm cada vez maior contribuio dos custos de

interesse econmico geral (CIEGs). Os custos de acesso

rede e os custos de interesse econmico geral representam

hoje em dia metade da componente varivel e a quase

totalidade da componente fixa (potncia contratada). A

necessidade de incorporar todos sobrecustos da produo

em regime especial (PRE) e em regime ordinria (PRO) aos

consumidores, para no aumentar o j elevado nvel de

dfice tarifrio na ordem dos 3,7 mil milhes, ir pressionar

os CIEG e assim a componente no dependente do custo da

energia eltrica. Para se ter uma ideia da gravidade da

situao, o valor da divida que cada consumidor portugus

tem junto do sistema eltrico nacional so

aproximadamente 570 (sem IVA) (considerando 6,4 milhes

de consumidores [1]). Para a liquidao total da divida de

uma s vez seria necessrio aumentar a tarifa eltrica em

0,075/kWh. O atual Governo tem como meta para 2020/25,

poder extinguir o dfice tarifrio com aumentos mximos

anuais de 1,5% acrescento da taxa de inflao.

A sustentabilidade e a estabilidade das tarifas de eletricidade

(e dfice tarifrio) dependem fortemente das polticas

nacionais para as energias renovveis e eficincia energtica.

O atual dfice tarifrio constitudo por cerca de 90% com

os sobrecustos provocados pelas energias renovveis (PRE).

Para a futura real implementao em larga escala de

produo descentralizada baseada no conceito prosumidor

(= produtor + consumidor), que teve o seu inicio com os

decretos leis 363/2007 de 2 de Novembros e 34/2011 de 8

de Maro, necessrio criar mecanismos que no

aumentem mais o dfice tarifrio.

O autoconsumo solar fotovoltaico pode representar uma

soluo para os consumidores reduzirem o impacto do

aumento da eletricidade e ao mesmo tempo permitir a

criao de um mercado solar fotovoltaico sustentvel.

2. A soluo autoconsumo fotovoltaica

Com a segura subida dos preos de energia e o evidente

amadurecimento das solues fotovoltaicas, novas filosofias

de instalao ganham evidncia, nomeadamente a filosofia

de autoconsumo. Estas instalaes fotovoltaicas so

instaladas em locais onde existe rede eltrica pblica. A

produo de energia no visa a venda ao abrigo dos regimes

bonificados conhecidos do tipo feedin tariff (micro ouminiproduo) mas sim o consumo no local.

2.1 Autoconsumo instantneo (100% autoconsumo)

O autoconsumo a possibilidade de consumir

instantaneamente (consumo natural) a energia eltrica

(figura 1: rea azul) gerada pela instalao fotovoltaica,

produzindo uma poupana direta na compra da energia ao

comercializador de eletricidade. As instalaes so ligadas

rede atravs de uma rede interior de consumo.

ManuelAzevedoDiogoMaximinoRibeirodaSilva

InstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto

AUTOCONSUMO FOTOVOLTAICO.

A DEMOCRATIZAO DA ENERGIA

ARTIGO TCNICO

10

Figura 1. Diagrama de carga (curva vermelha) e produo

fotovoltaica (curva amarela).

Esta soluo j aceite em Portugal, todavia necessrio

garantir que nenhuma energia seja injetada na rede,

existindo j as seguintes solues tcnicas:

a) Dimensionar o sistema fotovoltaico (em termos de

potncia instalada) de forma que a energia produzida ao

longo do ano seja sempre inferior ao consumo.

b) Utilizao de inversores com reduo de potncia em caso

de verificao de produo em excesso. Neste caso, no se

est a favorecer um consumo eficiente da energia.

c) Implementao de um sistema de ativao de cargas em

caso de existncia de energia fotovoltaica em excesso. Esta

soluo representa um consumo muito eficiente da energia

renovvel. Tem como desvantagem os custos de

implementao do sistema de controlo.

2.2 Autoconsumo com injeo de excedentes na rede

(RESP)

Se existirem momentos nos quais a produo da instalao

supera o consumo, sero gerados excedentes de energia

(figura 1: rea amarela) que podero ser injetados ou no na

rede. No caso da injeo do excedente, estamos a falar de

um mecanismo em que a energia vendida rede (por

exemplo pelo comercializador de mercado ou ltimo

recurso, CUR) remunerada a uma tarifa predefinida.

Existem vrios modelos e mecanismos de remunerao que

podem passar pela atribuio de um crdito ao consumidor

pelo comercializador (acertos de contas na fatura mensal de

consumo, modelo de netmetering) ou pela remunerao aopreo de mercado spot pelo comercializador de ltimo

recurso.

Estes dois modelos no esto regulados atualmente em

Portugal. Tendo em conta a evoluo legislativa no

espectvel que a atribuio de crditos (netmetering) porparte do comercializador seja a soluo adotada em

Portugal.

2.3 Autoconsumo com armazenamento e injeo de

excedentes na rede (RESP)

Para aumentar o grau de autoconsumo da energia gerada faz

sentido armazenar temporariamente a energia em excesso

numa pequena bancada de baterias com uma capacidade de

armazenamento semelhante ao consumo dirio. S depois

do completo carregamento, que a energia em excesso ser

injetada na rede. Este sistema tem a vantagem de maximizar

o aproveitamento da energia fotovoltaica e aumentar o

consumo eficiente da energia renovvel. A existncia do

armazenamento, implicar o aumento dos custos de

investimento devido s baterias e ao sistema de controlo de

carga. Este aumento de investimento aproveitado pelos

fornecedores oferecendo sistemas inteligentes de controlo

ativo das cargas, permitindo um aumento autoconsumo.

Figura 2. Diagrama de blocos de um sistema de

autoconsumo.

ARTIGO TCNICO

11

Na figura 2 apresentado o esquema global de um sistema

de autoconsumo. O sistema constitudo por um sistema

fotovoltaico, uma unidade de controlo (que em funo do

seu grau de complexidade monitoriza o consumo e a

produo de energia, ativa ou desativa cargas no continuas

(exemplo: mquina de lavar roupa ou loia, aquecimento

central, cilindro de gua, etc.) atua como controlador de

carga das baterias e um sistema de armazenamento de

energia. O autoconsumo, representa uma maior mais vlida

em relao injeo na rede. Enquanto o autoconsumo

representa uma poupana econmica entre 0,06/kWh a

0,16/kWh (dependendo do nvel de tenso), a venda do

excedente rede representar no futuro um proveito de

0,14/kWh para clientes BT e 0,05/kWh a 0,075/kWh para

clientes de MT. de realar, que os consumidores

domsticos no podem deduzir o IVA podendo os valores de

poupana poderem atingir os 0,19/kWh (semelhantes

tarifa bonificada de 0,196/kWh para 2013 no regime de

microproduo).

Atualmente, o fotovoltaico visto como um investimento

financeiro para obter uma elevada rentabilidade.

permitido a instalao de sistemas com potncias de ligao

nominais de 3,68kW at 250kW. No futuro, o fotovoltaico

ter que ser visto com um investimento de poupana e

eficincia energtica. Ser necessrio conhecer e analisar o

perfil de consumo (diagrama de carga) do consumidor

domstico e empresarial e encontrar dentro dos vrios

objetivos a melhor soluo tcnica.

3. Casos de estudo

Em seguida apresentamse vrios casos de estudo deaplicaes de autoconsumo, que vo desde do consumidor

domstico (alguns kW), pequena e mdia unidade

industrial (algumas dezenas de kW) at a um grande

consumidor (superior a 1MW). Com os estes casos de estudo

pretendemse demostrar a viabilidade econmica doautoconsumo e os cuidados a ter no dimensionamento das

mesmas e das respetivas limitaes.

3.1 Consumidor domstico

Em seguida apresentado uma soluo tcnica e uma

anlise econmica financeira para um consumidor

domstico, localizado na freguesia de Roriz no concelho de

Santo Tirso, com uma potncia contratada de 3,45 kVA e um

consumo anual de energia eltrica de 3300 kWh. O

consumidor utiliza o tarifrio simples tem uma fatura de

eletricidade anual de 738,24 (tarifas reguladas de janeiro

de 2013).

A figura 3 mostra a variao mensal do consumo ao longo do

ano, onde se observa um consumo mdio mensal de 275

kWh e uma variao significativa entre os meses de vero e

inverno da ordem dos 100 kWh.

Figura 3. Variao mensal do consumo para um

consumidor domstico.

3.1.1 Nanoproduo autoconsumo instantneo

Para obter um elevado grau de autoconsumo da energia

produzida, um elevado nvel de poupana e evitar a injeo

de energia excendentria na rede podemos utilizar a

seguinte configurao de sistema:

a) Potncia instalada: 690Wp (3 x 230Wp);

b) Inversor: Mastervolt Soladin 600 (ou como alternativa 3

micro inversores);

c) Disjuntor DC125V.

ARTIGO TCNICO

12

O sistema fotovoltaico tem uma produo anual de 840 kWh

e ligado em paralelo com a rede diretamente no quadro

geral de baixa tenso (QGBT) ou a uma tomada eltrica. Para

proteo do sistema ligado a um disjuntor DC125V entre o

inversor e a tomada eltrica/QGBT. Este sistema ser

possvel obter uma poupana bruta de 25%

(840kWh/3300kWh). Como se pode verificar na figura 4, nos

meses de inverno a energia produzida 100%

autoconsumida, sendo nos outros meses at 80%. A energia

fotovoltaica gerada por este sistema de nanoproduo,

representa at 40% da energia consumida nos meses de

vero. Mesmo com este sistema de pequena escala e com o

diagrama de carga tipo, 8,5% da energia produzida

excedente. Isto significa que esta energia ter que ser

injetada na rede a custo zero ou a uma tarifa de venda.

Figura 4. Variao anual do grau de autoconsumo (curva azul) e a

relao entre energia gerada e consumida (curva em amarelo).

Estes pequenos kits de autoconsumo podem ser atualmente

adquiridos em diversas lojas online [2]. Com base no preo

de aquisio indicado na loja (junho de 2013) de 1.348,08

(valor com IVA) permitenos fazer uma pravaliaoeconmica financeira do sistema.

Parmetros iniciais:Consumo anual: 3300 kWhTipo de tarifrio: SimplesValor da tarifa: 0,1756/kWh(com IVA e imposto sobre eletricidade)Valor anual da fatura: 738,24 (inclui custo da potnciacontratada que corresponde a 21,5% do valor total da fatura)

Sistema fotovoltaico:Custo do investimento: 1348,0Produo anual: 840 kWhAutoconsumo: 765 kWhEnergia excedente: 75 kWhDegradao da produo: 0,5%/ano

Resultados:Nova fatura energtica: 604,00 (1 ano)Poupana: 134,45 (18,2%)Tempo de amortizao: 8 anosLCOE (a 20 anos): 0,0923 /kWh

Os resultados mostram, que mesmo utilizando um sistema

bsico de autoconsumo sem grandes preocupaes de

eficincia energtica conseguese obter uma poupana decerca 20% na fatura energtica, com tempo de amortizao

interessante (8 anos) e uma rentabilidade anual do

investimento de perto dos 10%. de realar, que no

consideramos qualquer remunerao para a energia

excedente. Considerando os custos de investimento e a

produo energtica do sistema para um perodo de 20

anos, obtm um custo nivelado simples (LCOE) da energia

gerada de 0,0923/kWh. Este valor mostra que o solar

fotovoltaico j atingiu a paridade da rede (grid parity).

3.1.2 Microproduo: autoconsumo com armazenamento

e injeo (netmetering)

Em seguida apresentamos um sistema de autoconsumo com

capacidade de armazenamento da energia excedente

produzida durante o dia que ser aproveitada no perodo

noturno. A rede pblica complementa sempre que

necessrio o dfice que possa surgir entre produo e

consumo no local. Conseguese assim uma reduosignificativa na fatura de energia, to maior quanto mais

alargada for a capacidade de aproveitamento das horas de

produo solar. Consideramos um sistema fotovoltaico com

uma potncia nominal de 1,75kVA e uma potncia instalada

de 1,9kWp. O sistema consiste numa unidade de controlo,

um controlador de carga e uma bancada de baterias com

uma capacidade de armazenamento de 2,5kWh (cerca de

22% do consumo dirio).

ARTIGO TCNICO

13

Este sistema conseguir produzir anualmente 2650kWh

corresponde a 80% do consumo anual. Na figura 5

apresentase os diagramas de carga para o ms de julho come sem armazenamento considerando o mesmo diagrama de

carga tipo (domstico) e local de instalao (Porto). Da

energia gerada (sem armazenamento) 55,1%

autoconsumida e 44,9% injetada na rede, o que representa

um elevado nvel de ineficincia energtica. Com a utilizao

da bancada de baterias de 2,5kWh (DOE de 80%) possvel

aumentar o grau de autoconsumo para 74,25%, sendo

apenas injetada na rede 25,75%.

Figura 5. Diagrama de carga (vermelho), produo

fotovoltaica (amarelo), autoconsumo (azul) e

armazenamento (verde) sem e com capacidade de

armazenamento para o ms de julho.

No mercado existem vrias solues tcnicas que permitem

o armazenamento e injeo, desenvolvidas na sua maioria

pelos fabricantes de inversores como (exemplo a SMA,

Fronius, Kaco, Nedap entre outros) ou painis fotovoltaicos

(Solarworld, Solon).

Este tipo de solues so muito utilizadas na Alemanha

devido ao incentivo do autoconsumo atravs da majorao

da energia injetada na rede. necessrio fazer uma anlise

cuidadosa do perfil de consumo do cliente para analisar se

vantajoso utilizar um sistema de autoconsumo com um

sistema de armazenamento.

Figura 6: Soluo tecnolgica (SOLON SOLiberty) de um

sistema de autoconsumo com armazenamento e injeo na

rede da empresa Solon [3].

Para o perfil de consumo do cliente domstico acima

referenciado apresentamos em seguida uma anlise

econmica para o caso de um sistema de maior potncia

(potncia injetada igual a metade da potncia contratada,

segundo os requisitos do DL da micro e miniproduo). Nesta

anlise consideramos que a energia excedente vendida

rede a uma tarifa igual tarifa simples de 0,1428/kWh (em

janeiro de 2013, sem IVA) atualizada anualmente a uma taxa

de inflao de 2% (mesmo modelo ao utilizado no regime

geral da microproduo). Para o sistema de armazenamento

consideramos um custo mdio de 500 por kWh de

capacidade de energia armazenada (valor sem IVA). de

realar que esta soluo netmetering no aplicvel emPortugal.

a)SistemaautoconsumosemarmazenamentoCustodoinvestimento: 4423,6Autoconsumo: 1461kWh(55,1%)Energiaexcedente: 1189kWhResultados:Novafaturaenergtica: 311,83 (1ano)Poupana: 426,41 (57%)Tempodeamortizao: 9anosLCOE(a20anos): 0,0874/kWh

ARTIGO TCNICO

14

anlise consideramos que a energia excedente vendida

rede a uma tarifa igual tarifa simples de 0,1428/kWh (em

janeiro de 2013, sem IVA) atualizada anualmente a uma taxa

de inflao de 2% (mesmo modelo ao utilizado no regime

geral da microproduo

b)SistemaautoconsumocomarmazenamentoCustodoinvestimento: 5961,1Autoconsumo: 1968kWh(74,25%)Energiaexcedente: 682kWhResultados:Novafaturaenergtica: 443,04 (1ano)Poupana:

134,45 (40%)Tempodeamortizao: 11anosLCOE(a20anos): 0,1179/kWh

Uma anlise comparativa destes trs sistemas para o caso de

um consumidor domstico e perfil de carga tpico permitem

tirar as seguintes concluses:

a) Para uma melhor otimizao econmica financeira

importante conhecer o perfil de consumo dirio e anual

porque os custos de gerao fotovoltaico so sempre

inferiores s tarifas de consumo (no caso do domstico);

b) Quanto maior o grau de autoconsumo maior a

rentabilidade financeira (menor tempo de amortizao do

investimento) devido diferena entre a tarifa de venda da

energia excedente e a tarifa de consumo;

c) O aumento do autoconsumo com a utilizao de um

sistema com capacidade de armazenamento no , em geral,

economicamente rentvel devido ao elevado custo atual das

baterias;

d) Para maximizar a eficincia econmica financeira ser

necessrio selecionar o melhor tipo de tarifrio (simples, bihorrio, trihorrio).

O futuro objetivo chave na implementao de um sistema de

autoconsumo ser a maximizao do autoconsumo. Para isso

ser necessrio poder controlar as cargas de consumo e

adequar os tarifrios horrios.

Solues de monitorizao de produo e consumo que

permitem ativar e desativar cargas permitindo maximizar o

autoconsumo.

possvel instalar elementos automticos que ativem

consumos livres de horrio como por exemplo, o lava

louas, aquecedores ou ar condicionado. No mercado

existem produtos como o Sunny Home Manager da SMA [4]

que permitem aproveitar os excessos de energia produzida

durante o dia.

Atravs deste sistema poderamos, por exemplo,

automatizar a ligao do lava louas para que o excedente

no seja injetado na rede. Desta forma, teramos um

consumo mais eficiente da energia e injetaramos na rede a

menor quantidade possvel de energia.

Tambm se pode instalar um sistema de reduo de

potncia, ainda que com insto no favoreamos um

consumo eficiente da energia. Segundo a figura 7, se o

contador mede um fluxo baixo de corrente no edifcio (pr

fixado um limite no PLC) o PLC manda um sinal Webbox (1100% reduo de potncia).

Figura 7. Soluo Sunny Home Manager da SMA [4].

Os inversores reduzem a sua potncia ativa. To rpido

como o fluxo de corrente da vivenda supera o limite (por

exemplo, a mxima potncia do sistema fotovoltaico) o PLC

j no volta a enviar o sinal de reduo de potncia. Este

sistema j est disponvel atualmente.

ARTIGO TCNICO

15

3.2 Consumidores industriais

Em seguida apresentamos a aplicao do autoconsumo

fotovoltaico em consumidores industriais com um nvel de

tenso de MT. Nestes casos necessrio fazer uma anlise

detalhada do tarifrio horrio, diagrama de carga e

dimensionar o sistema fotovoltaico de forma maximizar a

eficincia energtica. Devido s relativamente baixas tarifas

de energia e de acesso rede em MT, necessrio

dimensionar um sistema fotovoltaico que no gere energia

excedente. Em seguida apresentamos um estudo de caso

para um consumidor industrial.

Dadosdoconsumidor:Localizao: BragaPotnciacontratada: 180kVAConsumoAnual: 515,88MWhValordafatura 52400Tarifamdiaefetiva: 0,1016/kWh

Para o dimensionamento da central foi feito uma analise do

diagrama de carga e consumo anual para os diferentes

horrios tarifrios (ver figura 8).

Figura 8. Variao do consumo anual para os 4 tarifrios

horrios e a variao da tarifa mdia [6].

Dadosdosistemafotovoltaico:Potnciainstalada: 103,5kWpProduoanualestimada: 144MWhValordoinvestimento: 119.000 (semIVA)Energiaautoconsumida: 124MWh (86,25%)Energiaexcedente: 20MWh (13,75%)LCOE(20anos+7%rent.): 0,070/kWhResultados:Novafaturaenergtica: 40.560 (1ano)Tarifamdiaefetiva: 0,0786/kWhPoupana: 11.840 (21,5%)Tempodeamortizao: 10anos

Para consumidores de MT com consumos mdios a elevados

(centenas de MWh) em principio no far sentido a

instalao de sistemas de armazenamento devido ao elevado

custo que implicaria. Da anlise dos resultados obtidos

podemos concluir que a implementao da central

fotovoltaica permite a reduo do valor da fatura em 21,5%

(referente a 2012) e uma reduo da energia adquirida ao

comercializador em 24%. Este valor pode ser aumentado

atravs de uma melhor adaptao dos consumos na unidade

industrial produo fotovoltaica ao longo do dia. Em

termos, econmicofinanceiros a energia eltricafotovoltaica resulta numa aquisio de uma quantidade

energia com um preo predefinido e previsvel. um

processo semelhante a comprar energia a um preo fixo no

mercado de futuros (OMIEP). Neste caso estaramos a

fazer de comparar cerca de 24% a um custo de gerao

(LCOE) de 0,07/kWh. No valor de LCOE indicado est

includo uma taxa de rentabilidade bruta do capital investido

de 7%. Mesmo considerando uma taxa de rentabilidade

relativamente elevado, os custos com a aquisio de energia

eltrica para este consumidor industrial de pequena mdia

dimenso passa de uma tarifa mdia efetiva de

0,1016/kWh para 0,0786/kWh. O valor do investimento de

119.000 (1,15/Wp) corresponde a um valor que real de

instalao em Agosto de 2012 para a instalao de uma

unidade de miniproduo com ligao rede. A energia

excedente de cerca 13,75% devese aos dias em que noexiste laborao na unidade de produo (fins de semana e

perodo de frias no ms de agosto).

3.3 Consumidores de grande consumos

Para demonstrar que o fotovoltaico em regime de

autoconsumo uma alternativa muito interessante no s

para o setor domstico e para empresas ou consumidores de

pequena mdia escala, apresentamos em seguida um estudo

da viabilidade econmico financeiro realizado pela empresa

Painel da Harmonia SA para o Estdio do Drago. O Estdio

do Drago um consumidor com consumos de mdio a

grande escala e com potncias contratadas superiores a

1MW.

ARTIGO TCNICO

16

Para estes tipos de consumidores, a implementao do

fotovoltaico em autoconsumo, exige uma anlise tcnica

muito cuidadosa. Em termos de passos de anlise e posterior

dimensionamento da unidade de autoconsumo necessrio

executar os seguintes:

1. Anlise detalhe dos consumos dirios e mensais do local

de consumo.

2. Anlise da fatura e tarifrios existentes

3. Dimensionamento da unidade de autoconsumo tendo

como base a maximizao da utilizao de energia gerada

(injeo na rede zero).

4. Anlise final da viabilidade econmica financeira do

projeto e o respetivo impacto nos custos de energia.

A distribuio dos consumos nos quatros horrios tarifrios

(tetra horrio) mostra que 75% realizado em Ponta e Cheia.

Partindo desta informao global podese desde j concluirque a implementao de uma unidade de fotovoltaica em

autoconsumo aplicvel. Como de esperar, num recinto

desportivo complexo como o caso do Estdio do Drago, a

variao diria e o consumo total pode ser dividido em trs

segmentos: i) dias com jogos ou eventos; ii) dos dias da

semana uteis; iii) fins de semana e feriados. Na figura 9

apresentase o diagrama de carga para diferentes diastpicos.

Figura 9. Diagramas de carga para diferentes dias tipos [6].

Dos diagramas de cargas apresentados verificase, como erade esperar, uma diferena significativa em termos de

variao e valor absoluto do consumo entre dias com e sem

de jogos. Verificase, que mesmo quando os jogos decorrem noite, o consumo durante o dia em dias de jogo superior

em comparao com dias sem jogos. Com o objetivo de

evitar a injeo de energia na rede (que seria

completamente desprezada) dimensionouse um sistemafotovoltaico com a seguinte configurao tcnica:

Dados do sistema fotovoltaico:Potncia instalada: 690 kW/732kWpProduo anual: 963 MWh (1 ano)LCOE (20 anos): 0,06575 /kWh

A central fotovoltaica tem uma potncia nominal de 690 kW

e uma potncia instalada de 732 kWp. Os painis so

montados na cobertura do estdio com a configurao que

se pode verificar na imagem 3D da figura 10. Como estamos

a falar de uma central fotovoltaica em regime de

autoconsumo a energia injetada diretamente nos quadros

de baixa tenso QBT existentes no Estdio do Drago. A

figura 11 apresenta o diagrama de carga para um dia com

consumo standard (dia sem jogo) durante a semana

(curva: azul) sem a implementao da central fotovoltaica e

os diagramas de cargas para os meses de Janeiro, Fevereiro e

Junho. Como se pode verificar, mesmo no ms de Agosto,

com maior gerao de energia, com o dimensionamento

definido toda a energia ser autoconsumida. Na tabela

abaixo apresentase com detalhe a variao do consumomensal com e sem autoconsumo (tendo por base 2011) bem

como a respetiva gerao de energia fotovoltaica.

Figura 10. Implementao em 3D da central fotovoltaica na

cobertura do Estdio do Drago [5].

ARTIGO TCNICO

17

Nos meses de vero (Junho, Julho, Agosto) a gerao atravs

do solar fotovoltaico representa em mdia 43% do consumo

mensal no Estdio do Drago. Em termos de mdia anual, a

unidade de autoconsumo permite reduzir o consumo de

energia eltrica da rede (comercializador) em 26,8%.

Figura 11. Variao mensal do consumo com e sem

autoconsumo bem como a produo da central

fotovoltaica [6].

Tabela 1. Variao mensal do consumo com e sem

autoconsumo bem como a produo da central

fotovoltaica [6].

Numa anlise econmico financeira o custo nivelado da

energia produzida (LCOE) para um perodo de vida til da

central fotovoltaica de 20 anos e uma taxa de rentabilidade

bruta dos capitais investidos de 7% igual a 65,75/MWh.

Com base nas tarifas de energia e de acesso rede, a

reduo de aquisio de energia resultar numa reduo da

fatura energia em 26%. O tempo de retorno do investimento

ser de 10 anos tendo em conta o valor total de

investimento.

Este exemplo mostra que mesmo consumidores com mdio

a grande consumo, e que beneficiam de preos de

eletricidade no mercado liberalizado baixas, a utilizao de

centrais fotovoltaicas em autoconsumo podem ser uma

forma de reduzir a mdio prazo os custos energticos.

4. Concluso

Os casos de estudo aqui apresentados mostram claramente

que a soluo da utilizao do solar fotovoltaico para a

produo de energia eltrica em regime de autoconsumo

economicamente sustentvel e interessante. A

implementao de um projeto de autoconsumo vai exigir

por parte dos agentes de mercado uma mudana de

abordagem junto dos consumidores. O fotovoltaico vai

passar de um investimento financeiro para principalmente

uma medida de eficincia energtica. Ser necessrio ter um

conhecimento do perfil de consumo e avaliar com o

consumidor a melhor soluo tcnica. Em vez da

implementao solues standard (solues copy paste)como acontece neste momentos com a micro e

miniproduo, ser necessrio realizar um estudo e projetar

solues em que a relao custo/beneficio tem de ser

maximizada.

Bibliografia

[1]ApresentaodeManuelAzevedocomtituloAevoluododficetarifrio,naConfernciasobreRemuneraodeParceriasPblicoPrivadas,ISEP,24demaiode2013[2]Pginasdeinternet:www.solarshop.pt,www.efimarket.pt

[3]Solon:www.solon.com[4]SMA:SunnyHomeManagerdaSMA(www.sma.de)[5]DesenvolvidopelaempresaMartifer Solar,SAparaaempresaPaineldaHarmonia,SA.[6]InformaoprestadapelaempresaPaineldaHarmonia,SA

Actual

MsEnergia

Consumida(kWh)

PVEne(kWh)

EnergiaConsumida(kWh)

Poupana(%)

Jan 314.656 40.641 293.320 6,8%Fev 311.607 45.711 235.796 24,3%Mar 283.642 81.343 227.679 19,7%Abr 318.729 92.726 207.124 35,0%Mai 300.621 116.677 184.966 38,5%Jun 300.664 125.267 159.854 46,8%Jul 272.737 122.363 162.745 40,3%Ago 318.462 118.187 176.078 44,7%Set 300.332 88.899 210.951 29,8%Out 320.942 63.404 252.997 21,2%Nov 271.251 38.191 246.902 9,0%Dez 279.823 29.536 272.107 2,8%

3.593.466 962.947 2.630.519 26,8%

Comautoconsumo

DIVULGAO

18

CursosdePsGraduaesdeCurtaDurao

O Departamento de Engenharia Eletrotcnica do Instituto Superior de Engenharia do Porto, disponibiliza um conjunto de

cursos de especializao de curtadurao destinados fundamentalmente aos alunos de cursos de engenharia, bacharis,licenciados e mestres recmformados na rea da Engenharia Eletrotcnica e/ou Engenharia Eletrnica, assim como quadrosno ativo que pretendam atualizar conhecimentos ou adquirirem competncias em reas transversais da Engenharia

Eletrotcnica.

Os cursos tero uma durao varivel entre as 8 e as 16 horas, funcionaro sextafeira em horrio pslaboral, oupreferencialmente ao sbado de manh. O requisito mnimo para frequentar estes cursos ser o 12 ano completo, sendo

recomendada a frequncia de uma licenciatura ou mestrado em Engenharia Eletrotcnica e/ou Engenharia Eletrnica.

DepartamentodeEngenhariaEletrotcnicaInstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto

RuaDr.AntnioBernardinodeAlmeida,471,4200 072PortoTelefone:+351228340500Fax:+351228321159

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MquinasEltricasdeCorrenteContnua Verificao,ManutenoeExploraoInstalaesEltricasdeBaixaTenso

ARTIGO TCNICO

19

TRAAGEM ELTRICA

MrioFernandoSoaresdeAlmeidaTecnitrace,Lda

AKO

Resumo

Antes de surgir a traagem eltrica os tubos e os depsitos

eram aquecidos com tubos de vapor, gerado em caldeiras a

nafta, o qual circulava em complicadas redes de tubos,

instalados em paralelo com a tubagem a aquecer em alta

temperatura.

Este sistema de pouca flexibilidade tornava as instalaes

mais complexas e aumentava os custos de investimento e de

manuteno. Adicionalmente os sistemas requeriam um

sistema complicado e caro de controlo pouco rigoroso da

temperatura. Esta situao deu oportunidade ao

desenvolvimento da traagem eltrica.

Esta nova tecnologia uma soluo muito mais simples,

mais eficaz, segura e mais barata para manter constante a

temperatura em tubagens e depsitos.

1. Introduo

Neste artigo vamos explicar o que a traagem eltrica,

quais as suas aplicaes principais, as tecnologias disponveis

no mercado, como se projeta e se instala.

A traagem eltrica surgiu porque h muitos processos e

situaes onde importante manter uma temperatura

constante.

A traagem eltrica tem tido grandes avanos tecnolgicos

quer ao nvel dos cabos resistivos quer ao nvel dos sistemas

de controlo.

Hoje em dia a traagem eltrica passou a ser includa nos

projetos industriais, indispensvel na resoluo dos

problemas do arrefecimento de tubos e depsitos onde a

viscosidade dos produtos afetada pelas variaes da

temperatura ambiente.

ARTIGO TCNICO

20

2. Problemas mais comuns de arrefecimento

Os problemas mais comuns de arrefecimento que

necessitam de traagem eltrica ocorrem na indstria e nas

instalaes de abastecimento de gua em edifcios.

2.1. Na industria

Tal como a cera liquida quente quando arrefece, h uma

grande quantidade de fluidos de grande viscosidade que

solidificam. Nestes casos necessrio aplicar energia

calorifica para manter a fluidez e garantir que circulam

facilmente sem bloquear as tubagens nas redes de

abastecimento dos processos industriais.

Os problemas de arrefecimento dos tubos ocorrem

normalmente nos perodos de no produtividade e portanto

necessrio manter os tubos e os depsitos aquecidos para

evitar congelamento.

Alguns exemplos de produtos onde necessrio manter a

temperatura para controlar a viscosidade: chocolate, melao,

massas, leos alimentares e combustveis, parafina, soda

caustica, lixivia branqueadora de pasta de papel

2.2. Nos edifcios

Um dos problemas mais frequentes nos edifcios est

relacionado com o arrefecimento e congelamento da gua

dentro dos tubos. Este problema mais grave em zonas

onde as condies meteorolgicas so extremas. Um dos

casos crticos so as redes de gua para extino de

incndios.

H tambm riscos com derrocada de telhados,

escorregamento de veculos em rampas de acesso e pistas

de aeroportos devido a formao de gelo e queda de neve

pondo em causa a segurana de pessoas e bens.

3. Problemas do arrefecimento?

Atualmente para a resolver os problemas de arrefecimento e

congelao de tubagens e depsitos recorrese a traagemeltrica que consiste em instalar cabos eltricos resistivos

especiais para produzirem calor por efeito Joule. Estes cabos

so colocados encostados aos tubos ou nas paredes dos

depsito, em toda a sua extenso, transferindo o calor para

o tubo ou para o deposito repondo a energia perdida.

Conseguese deste modo uma temperatura constante dofluido que circula no tubo ou se encontra armazenado no

depsito.

ARTIGO TCNICO

21

4. Projetar um sistema de traagem eltrica

Para projetar uma instalao de traagem devemos dispor

de toda a informao fornecida pelo cliente e visitar o local

da instalao.

Podemos resumir o projeto em 3 fases

i. Recolha de informao junto do cliente

Necessidades trmicas, conhecimento do local e avaliao de

riscos. Conhecimento das temperaturas requisitadas dos

fluidos que vo circular nos tubos, temperaturas mnimas

ambiente, instalao eltrica de alimentao e riscos

ambientais.

ii. Escolha da tecnologia

Tipo de cabo de traagem, controlo de temperatura,

isolamento trmico e alimentao eltrica.

iii. Execuo da instalao

Montagem dos cabos de traagem, circuitos de alimentao

eltrica, controlo de temperatura. Oramento, execuo da

instalao, testes de isolamento e comissionamento.

5. Clculo das perdas trmicas

Pensemos em dois corpos a temperaturas diferentes que so

colocados em contacto fsico um com o outro. Nestas

condies quando os dois corpos se tocam verificase umfluxo de calor entre o corpo mais quente e o mais frio. O

fluxo termina quando ambos os corpos se encontram

mesma temperatura. Em equilbrio trmico.

Para reduzir a perda de calor do corpo quente isolase estecom material de baixa condutividade trmica.

Para realizar o clculo das perdas trmicas recorremos s

equaes de transferncia de calor (anlogas Lei de Ohm)

para obter o valor da potncia a instalar na traagem

eltrica.

5.1. Perdas trmicas para um tubo

Considerando um tubo como o representado na figura 1, as

perdas trmicas so dadas por:

Figura1.Perdasdecaloratravsdeumtubo

..

.

(1)

Onde:

Q Fluxo de Calor (W/m)

T1 Temperatura interior do tubo

T2 Temperatura exterior ambiente

D Dimetro do tubo

e Espessura do isolamento do tubo (m)

Condutibilidade trmica .

ARTIGO TCNICO

22

5.2. Perdas trmicas para uma superfcie plana

Considerando uma superfcie plana como a representada na

figura 2, as perdas trmicas so dadas por:

Figura2.Perdasdecaloratravsdeumasuperfcieplana

. (2)

Onde:

Q Fluxo de Calor (W/m2)

T1 Temperatura interior do tubo

T2 Temperatura exterior ambiente

Condutibilidade trmica .

e Espessura do isolamento do tubo (m)

5.3. Softwares de apoio ao projeto

Hoje em dia os fabricantes de cabos de traagem

disponibilizam gratuitamente um software de clculo das

perdas trmicas para os casos tpicos. Existem tambm

tabelas para consulta onde se pode estimar com boa

aproximao os valores das perdas trmicas para tubos com

base no dimetro, diferencial de temperatura e espessura de

isolamento.

Compete ao projetista escolher o mtodo de clculo a seguir

tendo em conta a dimenso da instalao, a qualidade

pretendida e o grau de responsabilidade assumido perante o

cliente.

6. Tipo de cabos

Os principais tipos de cabos utilizados na traagem eltrica

so os cabos autoregulantes ou autolimitados e os cabos depotncia constante.

6.1. Cabo de traagem autoregulante ou autolimitado

O cabo auto regulante constitudo por dois condutores de

cobre paralelos entre os quais existe o material de

resistncia varivel (semicondutor).

Quando a resistncia semicondutora fica sujeita a umatenso liberta calor na proporo da temperatura e segundo

a sua curva caracterstica de funcionamento.

Na figura 3 podemos ver um cabo de traagem autoregulante.

Figura3.Cabodetraagem autoregulante

Nestetipodecabo,quantomaioratemperaturamenorapotenciadesenvolvidapelocabo.

ARTIGO TCNICO

23

6.2. Cabo de traagem de potncia constante

O cabo de potncia constante (circuito paralelo) possui um

circuito resistivo constitudo por um fio cromonquel ligado a

dois condutores de alimentao. O fio resistivo forma uma

resistncia com comprimento modular que se repete. Este

cabo de potncia constante produz calor constante

proporcional ao comprimento.

Na figura 4 podemos ver um cabo de traagem de potncia

constante.

Figura4.Cabodetraagem depotnciaconstante

7. Instalao dos cabos

Os cabos de traagem so colocados enrolados nos tubos ou

paralelamente a estes e fixados com abraadeiras e fita

adesiva de fibra de vidro.

A figura 5 mostra um exemplo de instalao dos cabos.

8. Controlo da temperatura

Os tubos devem manter a temperatura especificada. Para

isso instalado um controlador de temperatura que

comanda o circuito eltrico de alimentao do cabo de

traagem.

No caso de uma instalao de grande dimenso ou muito

emalhada o sistema de controlo feito atravs de

equipamento de monitorizao e controlo mais avanado.

A figura 6 mostra um exemplo de controlador de

temperatura de um sistema de traagem eltrica.

Figura6.Controladordetemperatura

Figura5.Instalaodecabosdetraagem

ARTIGO TCNICO

24

9. Concluso

A traagem eltrica permite solucionar os problemas

do arrefecimento evitando o bloqueio dos fluidos nos

tubos, pipelines e depsitos.

Nos edifcios onde h risco de congelamento da gua

nos tubos, principalmente em tubagens das redes de

extino de incndios indispensvel a instalao de

um sistema de traagem eltrica.

Os sistemas de traagem so indispensveis para

melhorar os processos produtivos e a segurana dos

bens e das pessoas e permitem evitar prejuzos e

reduzir os riscos de acidentes em situaes de queda

de neve formao de gelo ou arrefecimento do tempo

cada vez mais imprevisvel nos tempos que correm.

Sendo a traagem eltrica uma especialidade, embora

muito presente nas instalaes, pouco divulgada em

termos de formao acadmica e literatura tcnica,

existem poucos profissionais com competncia em

tcnicas da traagem eltrica o que abre perspetivas

de trabalho.

10. Referncias bibliogrficas

[1] AKO

[2] THERMON

[3] HEAT TRACE

[4] FLEXELEC

[5] TECNITRACE

http://www.jpsinsulation.co.uk/

ARTIGO TCNICO

25

1. Introduo

Qualidade de Energia Eltrica (QEE) pode ser definida como

a ausncia relativa de perturbaes que afetem a correta

operao de um qualquer equipamento ou instalao

eltrica.

As empresas distribuidoras de energia eltrica encaram hoje

a QEE como um fator fundamental, sendo mesmo motivo de

preocupao, dadas as necessidades dos consumidores

atuais e as eventuais situaes que podem conduzir a

problemas de complexa resoluo.

Com o evoluir da tecnologia, so atualmente muito

utilizados equipamentos de controlo e potncia baseados

em eletrnica de estado slido. Estes tipos de

equipamentos, para alm de poluir a rede eltrica,

tambm so bastante sensveis a fatores relacionados com a

qualidade da energia eltrica.

Se inicialmente a qualidade da energia eltrica era

considerada num domnio relativamente restrito, hoje esse

domnio est severamente alargado. Assim, preocupaes

especficas apenas relativas continuidade de servio so

hoje insuficientes para as necessidades dos consumidores

atuais. Neste cenrio, para alm terse de garantir os devidosnveis de tenso e frequncia no fornecimento de energia

eltrica, tambm tem de ser devidamente avaliada a

situao correspondente ao nvel de poluio harmnica.

Embora na distribuio e transmisso de energia no sejam

conhecidos problemas relevantes relacionados com a

qualidade da energia, na indstria a situao diferente.

Associado a uma completa incerteza da causa, e por vezes do

causador, da no existncia de energia com qualidade, os

prejuzos econmicos resultantes so muito elevados, quer

em termos de paragem de unidades de produo, quer em

termos de equipamento danificado.

Apesar de este problema atingir de forma severa a

generalidade do setor industrial, realamse algunssubsetores, hoje identificados como crticos:

Indstria de semicondutores;

Indstria de papel;

Indstria automvel (soldadura);

Indstrias com consumo elevado de energia eltrica.

Em Portugal a maioria das empresas no tm as suas

instalaes eltricas preparadas para lidar com estes

problemas e as respetivas consequncias relativas ausncia

de qualidade da energia eltrica. A ausncia de indicadores

da qualidade de energia e a incompleta monitorizao da

rede, torna muito difcil identificar a causa de uma

diversidade de problemas resultantes da falta de qualidade

da energia eltrica.

O facto das instalaes eltricas no estarem em condies

de fazer face aos problemas da qualidade de energia, isto

no se deve necessariamente a erros na conceo inicial da

instalao, mas devido a alteraes nos tipos de

equipamentos entretanto utilizados pelas empresas:

Equipamentos mais sensveis a perturbaes, por

inclurem sistemas de controlo baseados em

componentes eletrnicos que no so concebidos

para funcionarem em ambientes poludos;

Equipamentos poluidores da rede eltrica, em

termos de gerao e propagao de componentes

harmnicas.

Os equipamentos deste ltimo ponto relacionamse com autilizao da eletrnica de potncia em larga escala na

indstria, como os conversores eletrnicos, sistemas de

retificao, controladores lgicos programveis (PLCs),

JosRodrigoPereiraJosAntnioBelezaCarvalho

InstitutoSuperiordeEngenhariadoPorto

POLUIO HARMNICA EM INSTALAES ELTRICAS INDUSTRIAIS

ARTIGO TCNICO

26

variadores de velocidade para motores de corrente contnua

e corrente alternada, lmpadas de descarga, etc. Em

resultado disso, possvel observarse uma crescentedeteriorao das formas de onda de corrente e tenso dos

sistemas de energia eltrica. A deformao da forma de

onda destas grandezas, que idealmente variam no tempo de

forma sinusoidal, levanos problemtica das componentesharmnicas nas instalaes eltricas em particular [1].

2. Qualidade de EE

Como atesta a norma EN 50160, a qualidade de energia

eltrica definida como a ausncia de qualquer perturbao

que afete a operao de um qualquer equipamento recetor.

Sendo assim, considerando ainda este normativo, um

problema de Qualidade da Energia caracterizase comoqualquer distrbio ou ocorrncia manifestada nos nveis e

em formas de onda de tenso ou corrente, que possam

resultar em insuficincia, m operao, falha ou defeito

permanente em equipamentos de um sistema eltrico.

A definio apresentada na norma referese qualidade daonda de tenso como sinnimo da qualidade da energia

eltrica. Assim, esta pode ser descrita como a

disponibilidade de energia eltrica com forma de onda

sinusoidal pura, sem alteraes na amplitude, emanando de

uma fonte de potncia infinita. De facto, do ponto de vista

acadmico, qualquer desvio na caracterstica destes

parmetros considerado um problema envolvendo a QEE.

Esta apenas uma definio, que no sendo universal d

uma ideia rpida do que pretende refletir, limitandose noentanto qualidade da onda de tenso. Uma definio mais

ampla, que tem em conta pontos adicionais da energia

eltrica como produto e servio, atende ao seguinte:

Continuidade de servio (Fiabilidade);

Ausncias de interrupes;

Qualidade da onda;

Amplitude constante com valor nominal;

Frequncia constante;

Sistema de tenses equilibrado e simtrico;

Formas de onda sinusoidais;

Qualidade comercial;

Atendimento (presencial ou telefnico);

Informao disponibilizada (Contratos, opes,

servios, reclamaes, faturao, etc.);

Padres para a qualidade comercial.

A degradao da QEE pode ocorrer devido a vrios tipos de

distrbios eltricos. Estes distrbios podem ter origem no

fornecimento da energia atravs da rede eltrica ou no

consumidor, dependendo dos equipamentos que este tenha

instalado.

Os indicadores de qualidade so referidos em vrios

documentos para avaliar a qualidade da onda de tenso (NP

EN 50160, normas CEI, IEEE, etc.). Os referidos pela

NPEN50160 descrevem as caractersticas tcnicas

fundamentais da energia eltrica, como:

Frequncia;

Amplitude da tenso de alimentao;

Variaes da tenso de alimentao;

Figura1.PerceoeComplexidadenaDefiniodeQEE

ARTIGO TCNICO

27

Variaes rpidas da tenso de alimentao;

Amplitude das variaes rpidas;

Severidade da tremulao (flicker);

Cavas da tenso de alimentao;

Interrupes breves da tenso de alimentao;

Interrupes longas da tenso de alimentao;

Sobretenses temporrias entre os condutores

ativos e a terra;

Sobretenses transitrias entre os condutores ativos

e a terra;

Desequilbrio das tenses de alimentao;

Tenses harmnicas;

Tenses interharmnicas;

Transmisso de sinais de informao na rede.

3. Harmnicas

O termo harmnico vem da fsica, mais especificamente do

estudo dos movimentos ondulatrios. Quando uma

partcula, ou uma onda, se propaga oscilando

periodicamente em torno de uma posio de equilbrio, esse

movimento pode ser traduzido matematicamente por

funes sinusoidais, denominandose movimentoharmnico.

Tecnicamente uma harmnica uma componente de onda

peridica cuja frequncia um mltiplo inteiro da

frequncia fundamental. Isso pode ser facilmente visualizado

na figura 2. Nela, apresentamse trs formas de ondadistintas. Uma onda sinusoidal considerada frequncia de

(60 Hz) e duas outras representando determinadas ondas

harmnicas. Como para a segunda e a terceira onda os ciclos

repetemse, respetivamente, 3 e 5 vezes no mesmo perodode tempo em que a onda fundamental descreve apenas um

ciclo, verificase que elas representam as harmnicas de 3 e5 ordem (ou a 3 e 5 harmnicas) relativamente onda

fundamental. Consequentemente, oscilam com frequncias

de 180Hz e 300Hz. Raciocnio anlogo pode ser aplicado a

outras ondas sinusoidais cujas frequncias sejam outros

mltiplos da frequncia da onda fundamental [4].

Cargas que solicitam uma corrente que no toma uma forma

de onda sinusoidal no tempo so denominadas de cargas

no lineares. Assim, do ponto de vista da rede, a corrente

eltrica a fornecer no sinusoidal, ou seja, apresentase deacordo com o teorema de Fourier, uma soma de ondas

sinusoidais com uma frequncia de valor mltiplo da

componente fundamental (componentes harmnicas).

Quando existem cargas no lineares ligadas rede eltrica a

corrente que circula nas linhas contm componentes

harmnicas, e as quedas de tenso provocadas por estas nas

impedncias das linhas faz com que as tenses de

alimentao fiquem tambm distorcidas, originando os

harmnicos de tenso, sendo estes o resultado do produto

da corrente harmnica vezes a impedncia harmnica.

Figura2.Exemplodeumaondafundamentaleda3e5harmnica[8]

ARTIGO TCNICO

28

Se pretenderse reduzir as harmnicas de tenso, uma dasmaneiras possveis reduzir a impedncia harmnica da

rede a montante.

Nas instalaes industriais relevante falar ainda das interharmnicas, que surgem quando h componentes de

corrente que no so mltiplos inteiros da frequncia da

componente fundamental (50 Hz). Essas componentes de

corrente podem ser produzidas por fornos a arco ou por

cicloconversores, que so equipamentos que alimentados a50 Hz permitem obter tenses e correntes de sada com uma

frequncia diferente.

3. Indicadores de medio

Uma medida muito usada da distoro harmnica a Total

Harmonic Distortion (THD). Esta o quociente, expresso em

percentagem, da raiz quadrada da soma dos quadrados das

tenses eficazes de cada harmnica pelo valor eficaz da

fundamental. O valor de THD tanto maior quanto mais a

forma de onda se afasta de uma sinusoide pura.

Considerando um sinal (pode ser a corrente ou a tenso), a

taxa de distoro harmnica definida pela frmula abaixo:

(1)

Com a finalidade de conhecer a contribuio de cada

harmnica, existe a distoro harmnica individual (DIT),

segundo a expresso:

(2)

Fator de crista (FC) a proporo entre o valor de pico de

uma onda e o seu valor eficaz, considerando onda de

corrente.

(3)

Essa relao igual a quando um sinal no possui

distoro, ou seja, perfeitamente sinusoidal.

Essa relao igual a quando um sinal no possui distoro,

ou seja, perfeitamente sinusoidal.

Observandose estas expresses, verificase que para adeterminao dos valores das distores harmnicas totais

e/ou individuais presentes em uma determinada instalao

eltrica, preciso que sejam determinados os valores de

cada componente harmnica individualmente, ou seja,

tornase necessrio a realizao de medies especficas.

3. Causas

As cargas lineares so as que obedecem Lei de Ohm.

Caracterizamse por absorver da rede eltrica correntesproporcionais tenso a elas aplicada, preservandose asformas de onda sinusoidais, ainda que possa haver

desfasamentos angulares entre elas. Notese que para umelemento reativo, condensador ou bobina, haver um

desfasamento entre a tenso e a corrente, mas o

comportamento ainda ser linear. Qualquer carga que

solicita uma corrente que no toma uma forma de onda

sinusoidal no tempo denominada de carga no linear e, de

acordo com o teorema de Fourier, apresentar uma soma de

ondas sinusoidais com uma frequncia de valor mltiplo da

componente fundamental (componentes harmnicas).

Os tipos de cargas no lineares, fontes geradoras de

componentes harmnicas presentes nos sistemas eltricos

de potncia, so bastante variadas, indo dos equipamentos

dos sistemas produtores e fornecedores de energia, at aos

consumidores, principalmente os industriais, que constituem

uma parcela considervel da carga a ser alimentada, que

inclui uma percentagem elevada da potncia solicitada por

cargas no lineares.

2

Figura3.HarmnicasdeCorrente/Tensoprovocadaspelacarganolinear[7]

ARTIGO TCNICO

29

No passado, as distores harmnicas nos sistemas de

potncia eram primordialmente associadas conceo das

mquinas eltricas. Atualmente, com o uso generalizado de

equipamentos eletrnicos, nomeadamente os baseados em

eletrnica de potncia (dodos, mosfets, tirstores, etc.)

aumentouse drasticamente as cargas no lineares que soalimentadas pelos sistemas eltricos de energia.

Sob o ponto de vista da rede de alimentao, os conversores

estticos de potncia (retificadores e inversores) constituem

a fonte mais expressiva de distoro harmnica. De facto,

nas atuais instalaes eltricas industriais, mais de metade

da energia eltrica em cada momento (potncia eltrica)

passa por um dispositivo de eletrnica de potncia antes que

seja finalmente utilizada. Todos estes dispositivos de

eletrnica de potncia tm dois modos de funcionamento,

conduo que corresponde a um interruptor fechado ou

bloqueio que corresponde a um interruptor aberto. A

passagem de um estado para o outro muito rpida, e em

qualquer instante do sinal (atravs do controlo do

semicondutor). Essas comutaes rpidas de estado

produzem uma corrente no sinusoidal, quando a tenso

que alimenta os dispositivos sinusoidal. Por sua vez, a

circulao destas correntes no sinusoidais nas instalaes e

equipamentos eltricos conduz a quedas de tenso com

evoluo igualmente no sinusoidal, que quando

sobrepostas adequadamente com a tenso da rede a tornam

tambm no sinusoidal.

Os conversores estticos de potncia podem ser resumidos

em 3 grandes grupos:

Conversores de alta potncia, usados em

transmisso DC e na indstria siderrgica;

Conversores de mdia potncia, usados para o

controlo de motores em indstrias e trao

ferroviria;

Conversores de baixa potncia (nomeadamente os

retificadores), alimentandas cargas monofsicas,

como aparelhos de televiso e carregadores de

bateria.

Em adio a estes conversores, outras cargas no lineares

como os compensadores estticos reativos, os fornos

eltricos a arco, cargas tpicas industriais, constituem as

restantes principais fontes de harmnicas para os sistemas e

instalaes eltricas. Em relao aos fornos a arco,

equipamentos de solda (a arco voltaico no fundo) e

presena de cicloconversores (agora em desuso) verificasea presena de interharmnicas so formas de ondas detenses e correntes que apresentam componentes de

frequncia que no so mltiplos inteiros da frequncia com

a qual o sistema suprido e designado a operar.

A figura 4 mostra a forma de onda de corrente absorvida por

alguns tipos de cargas no lineares, tendo o espetro de

distribuio em amplitude das harmnicas e a THD

caracterstica dessa forma de onda (corrente).

4. Consequncias

a) Fator de Potncia

Com a presena de harmnicas numa instalao, o fator de

potncia baixa, acarretando vrios problemas. O impacto

mais percetvel o aumento das perdas na instalao e na

rede eltrica, devido ao trnsito de potncia na rede, e como

consequncia direta a diminuio da sua eficincia. Na

definio habitual de fator de potncia notese que apenas

Figura4.Cargasnolineares Espetroedistoroharmnica[5,8]

ARTIGO TCNICO

30

vlida para formas de onda sinusoidais, ou seja, sem a

presena de componentes harmnicas.

Definio habitual para ondas sinusoidais:

(4)

Definio geral para qualquer forma de onda:

(5)

Do desenvolvimento matemtico, a partir da definio do

fator de potncia e dos valores eficazes da tenso e corrente

decompostas em srie de Fourier, podese chegar seguinteexpresso:

(6)

Deste modo verificase que um elevado contedo decomponentes harmnicas prejudica o FP das instalaes

(maior THD). Um baixo fator de potncia, como visto por

parte da rede quando existe um contedo de harmnicas

elevado, resulta no aumento na corrente total circulante nas

redes de distribuio de energia eltrica, podendo

sobrecarregar as linhas de transmisso e transformadores,

prejudicando a estabilidade e aproveitamento dos sistemas

eltricos, acarretando problemas, tais como [6]:

Perdas na rede e na instalao;

Subutilizao da capacidade instalada;

Custos tarifrios;

().

b) Mquinas Eltricas

Os motores so sensveis a distores da tenso, ou seja,

quando uma onda de tenso distorcida excita um motor,

correntes de altas frequncias esto a ser injetadas no

estator. Por este facto, vo surgir componentes harmnicas

de corrente que podem causar inmeros problemas, como

aquecimento, vibraes, binrios pulsantes ou rudo.

Consequentemente, o aumento da temperatura dos

motores reduzir o tempo de vida mdio dos mesmos. Como

exemplo: nos alternadores, as harmnicas de corrente

provocam perdas hmicas suplementares nos enrolamentos

principais e nos enrolamentos amortecedores. Por outro

lado, a interao entre correntes harmnicas e o campo

magntico fundamental, pode originar binrios oscilatrios

que provocam vibraes no veio dos alternadores e,

consequentemente, o aumento da fadiga mecnica das

mquinas.

Nos motores assncronos ocorrem aumentos das perdas por

efeito Joule, com o consequente sobreaquecimento dos

enrolamentos estatricos, alm de que uma distribuio

assimtrica da corrente induzida nas barras rotricas

provoca vibraes e o aparecimento de binrios de toro no

veio da mquina.

5. Situao no mercado

Atualmente, existem empresas especializadas no setor que

apresentam alm de uma gama de produtos padronizada,

um servio personalizado que permite estudos e anlise da

qualidade de energia eltrica de uma qualquer instalao

particular, permitindo conceber uma soluo mais eficaz

para o cliente, incluindo em muitos casos sistemas de

compensao do fator de potncia para ambientes

harmonicamente poludos, quando o sistema ideal de

compensao da distoro harmnica for do ponto de vista

econmico pouco atrativo.

Figura5.Perdaseltricasadicionaisdosmotoresdeinduo[8]

ARTIGO TCNICO

31

Existem diversas tcnicas para reduzir as componentes

harmnicas de tenso e/ou corrente. De um modo global

podem ser agrupadas nas estratgias assim caracterizadas:

Uso de filtros passivos conectado sem paralelo e/ou

em srie com o sistema eltrico;

Os conversores estticos de potncia podem ser resumidos

em 3 grandes grupos:

Conversores de alta potncia, usados em

transmisso DC e na indstria siderrgica;

Aumento da quantidade de pulsos em unidades

conversoras, com o uso de transformadores

desfasadores;

Tcnicas de compensao de fluxo magntico;

Filtros ativos de potncia ligados em paralelo e/ou

em srie com o sistema eltrico.

A escolha de um ou outro procedimento, ou mesmo a

associao de solues, deve levar em conta a anlise dos

seguintes aspetos:

Conhecimento do sistema de alimentao do ponto

de vista da concessionria: impedncia de curtocircuito, nvel de tenso e legislao quanto aos

nveis de distores harmnicas permitidos;

Conhecimento do sistema consumidor: tipos de

cargas instaladas, potncia envolvida, problemas que

ocorrem devido s harmnicas, perda de energia,

diminuio do fator de potncia real;

Local da instalao do dispositivo para reduo de

harmnicas;

Desempenho e capacidade nominal de

tenso/corrente do dispositivo;

Custo inicial de compra e custo da energia

consumida no prprio dispositivo;

Efeitos colaterais prejudiciais sobre o sistema de

alimentao: o fator de potncia em situaes de

carga nominal pode alterarse em condies de cargabaixa, modificao do nvel e da distoro de tenso

ou de corrente, alterao do nvel de curtocircuitopara a terra, mudana ou possibilidade de

ressonncia em outras frequncias harmnicas. Em

decorrncia desses fenmenos, pode haver possveis

efeitos nocivos sobre outras cargas consumidoras

adjacentes;

Efeitos colaterais prejudiciais ao funcionamento das

cargas eltricas envolvidas: aumento da distoro,

abaixamento e elevao na tenso de alimentao

da carga;

Influncias nocivas das variaes do sistema sobre o

dispositivo utilizado: alteraes da impedncia do

sistema, correntes harmnicas de cargas

consumidoras adjacentes podem entrar pela

alimentao, o sistema pode desequilibrarse emtenso, a distoro de tenso e o seu nvel na barra

de alimentao podem variar devido a fatores

externos;

Influncia da carga sobre a tcnica utilizada: a

variao da potncia solicitada pela carga e a

presena de desequilbrios podem alterar o

funcionamento do dispositivo empregado para a

reduo de harmnicas.

A figura 6 demonstra que todas estas estratgias tendem a

convergir para a atenuao mxima do problema, devendo

ser combinadas sempre que possvel, notando a importncia

do papel de todos os intervenientes, desde os fabricantes

at aos utilizadores.

ARTIGO TCNICO

32

4. Caso Prtico

Foi analisada uma instalao com base em dados obtidos

atravs de equipamentos de medida instalados para o efeito.

A amostragem de dados foi realizada num perodo de 2 dias.

Na instalao em causa sabese que proliferamcomputadores pessoais e PLCs. Os dados que so

apresentados, grficos e tabelas, foram obtidos com recurso

a uma aplicao informtica que permite a visualizao

grfica e tratamento de bases de dados. Os dados foram

recolhidos registados e armazenados no equipamento de

medida, um analisador de energia com aplicao

informtica.

Nas figuras abaixo apresentamse os dados que servirampara a anlise deste caso, recolhidos entre as 02h15 e as

14h15 de 19092013:

As distores harmnicas so muito equiparadas nas 3 fases, razo

pela qual s se inclui, na figura 9, os referentes fase 1.

A distoro harmnica tambm se manifesta no condutor de

neutro, sendo a sua tenso mais de 3 vezes superior tenso

da frequncia fundamental, ainda que a tenso do neutro

obviamente no apresente valores muito elevados. As

figuras 10 e 11 permitem identificar os valores apresentados.

Como j foi referido, as componentes harmnicas so muito

difceis de combater, da que apenas as mais importantes, ao

nvel da sua perturbao para os equipamentos, so alvo de

ateno com vista sua compensao. Nos dados das figuras

9 e 10 verificase a existncia de perturbaes referentes sharmnicas mpares de 3, 5 e 7 ordem, sendo, por isso,

importante a sua eliminao quando existam em valor

percentual considerado grave, tendo em conta as normas

em vigor e os custos que podem provocar.

Figura6.Convergnciadasestratgias

Figura7.Analisadordeenergia[2]

Figura8.PotnciaConsumida

Figura9.DistoroHarmnicadeTenso,L1N

Figura10.TensoeCorrente

Figura11.DistoroHarmnicadeTenso,NG

ARTIGO TCNICO

33

Segundo a NP EN 50160, o valor DTH total e individual nesta

instalao e no perodo do registo no preocupante, em

virtude do seu valor ser inferior a 8 e 5%, respetivamente.

No entanto, poder agravarse, pelo que, para o bomfuncionamento da instalao e respetivas cargas,

recomendvel a superviso por medio e anlise continua.

Para a medio e anlise de forma continuada, foram

utilizados os equipamentos das figuras 7 e 12. Graas s suas

funcionalidades, que incluem a deteo de fenmenos

transitrios, podese resolver rapidamente os problemasassociados qualidade de energia, nomeadamente os

relacionados com as componentes harmnicas.

Apesar dos dados registados no o evidenciarem, podeseafirmar que existiro momentos na explorao desta

instalao, ainda que pontuais e em determinadas horas de

maior consumo de energia, em que as componentes

harmnicas tero uma presena mais acentuada

relativamente que foi registada no perodo escolhido.

Atendendo que os custos de no produo so elevados,

propsse como soluo para o caso que apresentado,alm da superviso por monitorizao contnua, a

compensao global a jusante do quadro geral com filtros

ativos. Este equipamento compensar a distoro harmnica

at ao limite do valor nominal, em qualquer frequncia em

que esta esteja presente, pelo que poder comearse porinstalar um equipamento de entrada de gama 20 Amperes,

garantindo na prtica a eliminao na instalao de

perturbaes harmnicas durante a sua explorao.

A soluo proposta vem de encontro s solues mais

comuns e eficazes disponveis no mercado. Contudo, devesenotar que sempre aconselhado o dimensionamento do

filtro adequado para cada caso especfico, pois cada

instalao tem as suas prprias caractersticas, assim como a

rede que a alimenta.

Este ser seguramente um investimento com um tempo de

Payback reduzido, mesmo que apenas se contabilizem as

perdas nos transformadores e condutores da instalao

eltrica. Contudo, se adicionalmente forem tambm

considerados os ganhos das avarias que sero evitadas nos

equipamentos, ser potencialmente fcil ao tcnico

responsvel pela instalao convencer os rgos de gesto

na adoo destas solues e na compra do respetivo

equipamento.

6. Concluso

Para a correta compreenso da problemtica das

perturbaes harmnicas, semelhana de grande parte de

outras reas da engenharia, o tratamento matemtico

bastante relevante. As sries de Fourier so ajuda

fundamental no conceito de definir e quantificar o que so

as componentes fundamental e harmnicas.

O tema das Perturbaes Harmnicas complexo e

extenso, conduzindo na maioria das vezes ao seu

desconhecimento e h ausncia de estudos detalhados,

particularmente na fase de elaborao dos projetos das

instalaes eltricas. Os problemas, regra geral, surgem

depois da entrada em servio das instalaes eltricas, sendo

bastante mais complexa a anlise e economicamente mais

severas as consequncias.

As solues mais adotadas para minimizar os efeitos

nefastos das distores provocados pelas componentes

harmnicas consistem geralmente na instalao de

reactncias, filtros passivos e filtros condicionadores ativos,

na utilizao de transformadores de isolamento, no

reposicionamento e/ou alterao da potncia de

condensadores estticos, na elevao da capacidade do

sistema de alimentao, entre outras.

Figura12.CentraisMonitorizaoDEQEE,CM3000/4000[4]

ARTIGO TCNICO

34

A soluo para uma determinada instalao to ou mais

difcil quanto menor a quantidade de dados disponveis para

a anlise da rede em questo. muito importante a correta

monitorizao e anlise tanto em termos de qualidade como

de quantidade de dados obtidos.

De salientar que medidas, como por exemplo o correto

dimensionamento de condutores (fases, neutro e terra), a

separao de malhas de terra, a incluso do "Fator K" (fator

depreciativo determinado de acordo com a taxa de distoro

harmnica espectvel) no dimensionamento de

transformadores para Postos de Transformao privados e

pblicos, assim como a implementao de baterias de

condensadores para correo do fator de potncia,

devidamente dimensionadas para a taxa de distoro da

instalao, so factores que no devem ser descorados no

projeto de uma instalao eltrica, seja projeto de

construo ou requalificao.

Neste documento, evidenciado que as unidades industriais

ou comerciais com forte utilizao de equipamentos

baseados em eletrnica de potncia, tais como conversores

de frequncia, reactncias eletrnicas, fontes comutadas,

entre outros, so equipamentos passiveis de apresentar uma

forte componente harmnica. Nestas unidades deveseconsiderar sempre os efeitos das perturbaes harmnicas,

implementando medidas para o seu controlo e

monitorizao, de forma a limitar as eventuais perdas de

produo e os respetivos custos associados a este problema.

Bibliografia

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rica, So Paulo, 2012, ISBN 9788536502311.

[2] Sankaran, C., PowerQuality CRC Press, Estados Unidosda Amrica, 2002, ISBN 0849310407.

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Instituto Brasileiro do Cobre, So Paulo, 2001.

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http://www.schneiderelectric.com.br/documents/cadernostecnicos/harmon.pdf, consultado a 22 de Dezembro de 2013.

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http://www.schneider

lectric.cn/medias/solutions/downloads/377ed18_harmonics

_mitigation_solutions.pdf,consultado a 28 de Dezembro de

2013.

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Revista o Eletricista, n 9, 3 trimestre de 2004, ano 3, pp.

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[8] Isoni, Marcos, Dist ores Harmnicas Uma Reviso de

Conceitos Gerais, consultado a 11 de Dezembro de 2013.

[9] Schneider Electric, Cahier technique n 199, 2000,

ARTIGO TCNICO

35

1. Introduo

Ao longo das ltimas dcadas Portugal tem assistido a um

abrandamento na construo civil e, naturalmente, na

construo de edificado novo. Porm, subsiste a necessidade

de requalificar os edifcios j existentes que sero,

indubitavelmente, o grande nicho de negcio nas dcadas

vindouras.

Paralelamente, a legislao e as especificaes e prescries

tcnicas das diversas instalaes especficas,

designadamente as Infraestruturas de Telecomunicaes em

Edifcios (ITED), devem convergir para a harmonizao com

as Normas Europeias e adaptadas realidade econmica do

pas.

Assim, com naturalidade que se prev uma nova edio do

Manual ITED (a 3 Edio) para o prximo ano de 2015 que

vise fundamentalmente, a atualizao das especificaes e

prescries tcnicas realidade tecnolgica atual (e futura),

normalizao europeia e uma convergncia com a real

situao econmica portuguesa.

O presente artigo propem, de uma forma sucinta,

evidenciar as principais alteraes decorrentes da proposta

do novo enquadramento das Infraestruturas de

Telecomunicaes em Edifcio (ITED) a ser criada pela

3Edio do respetivo Manual.

Este artigo baseado exclusivamente no documento de

proposta da 3Edio do Manual ITED que esteve em

consulta pblica pela Autoridade Nacional