Eficiência energética em instalações com o controle da tensão

set, 2016

Instalações elétricas eficientes, notadamente aquelas relacionadas às plantas industriais e complexos comerciais são classicamente relacionadas à operação com perdas elétricas reduzidas, isto é, com as perdas Joule minimizadas e relacionadas ao controle da relação RI2 , nas etapas de projeto, operação e manutenção; outras otimizações também são efetuadas, como os cuidados nos circuitos magnéticos dos motores e dos transformadores. De fato, a redução da corrente reduz as perdas nos enrolamentos dos transformadores, motores e circuitos de alimentação (perdas cobre ou em carga) e esta redução pode ser obtida, por exemplo, com a compensação e a redução adequada da potência reativa. A redução de correntes harmônicas também reduz as perdas e podem ser obtidas com o uso de filtros passivos ou ativos.

O ponto hora tratado considera a eficiência energética que pode ser obtida com o ajuste adequado dos níveis de tensão de operação dos barramentos de alimentação das cargas e equipamentos. E, em função da característica da carga, este fator possui maior ou menor importância. Nos casos específicos de cargas de impedância constante (acionamentos e inversores), o consumo de energia é proporcional à tensão ao quadrado e esta característica assume elevada importância. Na medida em que os barramentos possam ter controladas suas tensões de operação, maior é o potencial de economia de energia.

O equacionamento do modelo das cargas foi também apresentado na referência consultada [1], como:

ed-128_col-energia-com-qualidade_equ-1

Onde:

aP , aQ – parcela da carga ativa/reativa modelada como potência constante;

bP , bQ – parcela da carga ativa/reativa modelada como corrente constante;

cP , cQ – parcela da carga ativa/reativa modelada como impedância constante;

ed-128_col-energia-com-qualidade_equ-2

Potencial elevado de economia

Os potenciais de eficiência energética são significativos nas situações:

  • Operação de plantas em regime 24 horas/dia;
  • Variações rápidas da carga provocando flutuações de tensão;
  • Consumo de potência reativa;
  • Transformadores dotados de TAPs;
  • Presença de correntes harmônicas nas cargas.

Determinação da energia economizada

A determinação da economia de energia decorre de simulações efetuadas em função de registros das variáveis elétricas obtidos de forma contínua, onde é medido, a cada ciclo, o comportamento das tensões das potências ativa e reativa, das correntes harmônicas e de outras variáveis nos barramentos da instalação.

Redução do consumo de energia com o controle da tensão

A tensão de alimentação nos barramentos pode ser controlada mesmo com cargas extremamente variáveis. Normalmente, as instalações são mantidas em regime de operação em tensões superiores às nominais de forma a garantir a operação dos equipamentos em casos de afundamentos de tensão por razões externas ou mesmo interna; tanto as fontes como as cargas possuem seus limites de operação e o compromisso, em princípio, seria manter uma faixa operacional adequada. A proposta de operação eficiente seria estreitar esta faixa em limites de operação com menor consumo de energia.

Curioso é que nem sempre uma modificação na planta que estaria associada a uma determinada ação de eficiência energética atinge o objetivo esperado. O sistema de compensação de energia reativa acima citado, e por melhor que seja, poderá promover uma operação com tensão maior que aquela que traria operação mais eficiente para a instalação. Neste caso, apesar da redução das correntes e perdas associadas, a elevação da tensão de operação acaba por aumentar o consumo de energia.

Com base na observação do comportamento dinâmico das fontes e cargas, o modelo proposto considera a simulação deste (novo) comportamento na busca do melhor ajuste para a tensão de operação do sistema. A partir das informações dos dados construtivos dos sistemas elétricos (impedâncias, distâncias, fontes e cargas) e das medições elétricas efetuadas com resolução adequada e em períodos significativos, é possível se efetuar simulações de comportamento que definirão o potencial de economia com a otimização da tensão de operação com ajustes de TAPs e outras medidas, como a instalação de filtros ou compensadores.

Resultados da simulação

O gráfico da Figura 1 apresenta o comportamento da potência ativa consumida por uma instalação comercial em função da tensão de alimentação. (As indicações em preto nos gráficos se referem aos valores medidos e em marrom aos valores simulados). Com a implantação de compensação reativa em tempo real (tempo de resposta de 16 milissegundos) e redução da tensão de operação com manobra de TAPs, pode-se obter redução da potencia ativa de 3% (redução da tensão em 2,5%) ou 7,5% (com a redução da tensão em 5%), constituindo-se como uma boa oportunidade de eficiência energética.

ed-128_col-energia-com-qualidade_fig-1Figura 1 – Comportamento da potência ativa com variação da tensão de alimentação em instalação de grande complexo comercial [2].

Alguns compromissos devem ser atingidos na simulação, observando, durante a medição, se houve perda de carga devido à tensão e garantir que no modelo simulado o comportamento da tensão manterá esta premissa. Devido à compensação reativa adequada e à variação dos TAPs dos transformadores, pode-se obter, neste caso, economia de energia em função das variáveis operacionais.

Projetos em implantação: existem diversos projetos em implantação no Brasil e outros implantados no exterior com bons resultados a serem publicados oportunamente.

Referências

[1]- Neves, Marcelo Silva – dissertação de mestrado UFJF
[2]- Elspec/Ação – relatórios de avaliação de Eficiência Energética
[3]- Starosta, José – COBEE 2015

Comentários

Uma Resposta

  1. […] Apesar de o tema já ter sido tratado anteriormente nesta coluna, sempre surgem questionamentos e o assunto merece ser sempre lembrado dada sua importância intrínseca associada diretamente com custos, não só de excedentes pagos de energia reativa às concessionárias distribuidoras de energia elétrica, mas outros relacionados aos aspectos técnicos e operacionais. Outros custos evitados pela correta compensação reativa são aqueles associados à redução de perdas elétricas, melhoria da qualidade da energia e do ajuste ideal de tensão nos barramentos das plantas e sites com a redução do consumo de energia principalmente nas cargas com características de impedância constante (veja: https://www.osetoreletrico.com.br/eficiencia-energetica-em-instalacoes-com-o-controle-da-tensao/). […]

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