Otimização do consumo de energia elétrica em instalações com o controle da tensão

Edição 109 – Fevereiro de 2015
Por José Starosta

Conceitos gerais

A eficiência do uso de energia elétrica em plantas industriais e complexos comerciais pode ser substancialmente melhorada com o ajuste adequado dos níveis de tensão de operação dos barramentos de alimentação das cargas e equipamentos.

Potencial elevado de economia

Os potenciais de economia são elevados 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 de forma contínua, onde são medidos a cada ciclo os comportamentos das tensões, das potências ativa e reativa, e outras variáveis.

Pontos de eficiência energética a serem considerados e desenvolvidos

Redução de corrente: perdas nos enrolamentos (perdas cobre) podem ser diminuídas pela redução da corrente devido à compensação da potência reativa em transformadores e circuitos de alimentação.

Redução de correntes e tensões harmônicas: as distorções de tensão e correntes harmônicas podem ser reduzidas substancialmente pelo uso de filtros para a 5ª ou 5ª e 7ª harmônicas.

Redução do consumo de energia com o controle da tensão

A tensão de alimentação nos barramentos pode ser controlada mesmo com cargas 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 internas. Um sistema de compensação reativa em tempo real compensa ciclo a ciclo qualquer demanda de energia reativa e como consequência a tensão é estabilizada e levemente elevada. Nesta situação, as diferenças entre os níveis máximos e mínimos são diminuídas e o nível máximo de tensão é elevado.

Redução da energia consumida: Com base na observação do comportamento dinâmico das fontes e cargas, a simulação proposta busca o melhor ajuste para a tensão de operação do sistema, obtida com o ajuste de TAPs e compensação reativa em tempo real que garantirá a operação sem afundamentos internos.

Etapas do estudo:

• Obtenção de dados das medições adequadas;
• Informação dos dados construtivos dos sistemas elétricos (impedâncias, distâncias, etc.);
• Simulações que definirão o potencial de economia com otimização da tensão de operação e outras medidas;
• Implantação com os ajustes requeridos e aplicação das técnicas de medição e verificação final. Os resultados esperados em instalações industriais típicas são da ordem de 4% a 8%.

O gráfico da Figura 1 apresenta o comportamento da potência ativa consumida por uma bomba com a variação na tensão de alimentação. A tolerância da tensão de alimentação do motor mantém a operação em regime normal, sem restrições. A variação média de até 5% na tensão de alimentação incorre em variação média da potência consumida de 6%.