Consumo refere-se à energia consumida num intervalo de tempo, ou seja, o produto da potência (kW) da carga pelo número de horas (h) em que a mesma esteve ligada.
Analisando graficamente o exemplo das lâmpadas coloridas de 100 W no período de três horas temos:
Intervalo
Potência
(W)
Tempo de uso (h)
Consumo
(Wh)
Demanda
(W)
a
100
1
100
100
b
200
1
200
200
c
300
1
300
300
Consumo total
600
Demanda máxima
300
Curvas de Demanda de Carga
Quanto você vai fazer uma nova instalação elétrica, uma reforma na capacidade do sistema, ou mesmo uma mudança nos valores contratados, é comum recebermos a solicitação do informe da curva de carga do sistema. Apesar de a determinação correta dos pontos da curva de carga de uma planta industrial somente ser possível durante o seu funcionamento em regime normal, deve-se idealizar a conformação da curva de demanda de carga em relação ao tempo, a fim de determinar uma série de fatores que poderão influenciar no dimensionamento dos vários equipamentos elétricos da instalação.
As curvas de carga das plantas industriais podem variar em função do ciclo de operação previsto para os diferentes setores de produção, ou de acordo com o período de funcionamento diário estipulado. No primeiro caso, é de interesse da gerência administrativa manter controlado o valor de demanda de pico a fim de diminuir o custo operacional da empresa. Isso pode ser conseguido por meio de um estudo global das atividades de produção, deslocando-se a operação de certas máquinas para horários diferentes, evitando a ligação simultânea de equipamentos com demandas altas, e assim diminuindo o valor da demanda de pico que será usada na conta.
A otimização do período de funcionamento diário estipulado permite também a otimização da curva de carga e dos custos com demandas elevadas com equipamentos e iluminação em horários críticos.
Demanda Registrada e Demanda Faturada
Demanda é a média das potências solicitadas num determinado intervalo de tempo.
Exemplo:
Em uma instalação existem três lâmpadas coloridas de iluminação de potência de 100 W cada. Às 18h, você liga a lâmpada vermelha e a deixa ligada. Às 19h você liga a lâmpada amarela e mantém a lâmpada vermelha acesa. A partir das 20h você mantém as três lâmpadas acesas. Cada uma destas lâmpadas representa uma carga (de uma potência especifica) que requer e consome energia do sistema de fornecimento elétrico.
Demanda registrada e Demanda faturável
A cada cinco minutos o medidor realiza a medida da demanda por meio do cálculo da integral das medições realizadas neste período. A cada 15 minutos é registrado a maior valor de integral entre os três intervalos de cinco minutos.
No exemplo, consideramos que o valor registrado anterior era 30 kW, e as medidas de tempo foram feitas em intervalos de um minuto. Ao final dos primeiros cinco minutos, o valor da integral é 42, devido ao impacto do pico de 90 registrado por um minuto. No final dos próximos cinco minutos, o resultado da integralização é 30, e nos próximos cinco minutos o valor da integral é 18. A cada 15 minutos é assumido o maior valor destas integrais - ou seja, 42.
A demanda faturável será o valor máximo de demanda dentre todos esses valores registrados nesses intervalos de 15 minutos durante o período existente entre as coletas de medição.
Ratificando, a demanda faturável ou o valor de demanda que será utilizado para o faturamento mensal de sua conta e aparecerá no corpo de sua conta será o valor máximo obtido nas demandas registradas neste período entre as medições.
Demanda Máxima Provável e Demanda contratada
As concessionárias em geral estabelecem limites de carga para o abastecimento dos clientes ligados em média e alta tensão. Este limite é estabelecido para que sejam respeitados os níveis de segurança de operação do sistema elétrico como um todo, e para que todos os equipamentos do sistema de rede externo e do sistema elétrico estejam devidamente dimensionados.
O cálculo da demanda máxima provável de uma operação e/ou o levantamento da curva de relação de cargas de um sistema é portanto uma atividade básica e fundamental para a garantia da operação de um sistema elétrico. A demanda máxima provável é a soma das diversas cargas que serão ligadas simultaneamente em uma instalação, de acordo com as particularidades de uso de cada cliente. No exemplo anterior, considerando que a instalação teria apenas as três lâmpadas, a demanda máxima provável seria de 300 W.
Devem ser tomadas diversas precauções para o cálculo desta demanda, já que a mesma deverá ser a mesma utilizada em estudos de viabilidade de fornecimento do sistema elétrico e no cálculo da demanda a ser contratada. Estimá-la muito acima do valor real leva a desperdício nas contas de energia, mas o risco maior está em estimá-la muito abaixo da necessidade da atividade de cada cliente. Neste caso, o cliente pode receber multas por ultrapassagem de demanda contratada, além de correr riscos de incêndio e de quedas de fornecimento pelo subdimensionamento do porte do sistema às suas necessidades.
Demanda faturada
A demanda faturada será o maior valor entre as demandas registradas (demanda faturável) e a demanda contratada.
Exemplo 1:
Considerando
- Demanda Contratada Ponta - 23 mil kW
- Demanda Registrada Ponta - 22.846 kW (- 0,6 %)
Teremos:
- Demanda Faturada de Ponta - 23 mil kW
Exemplo 2:
Considerando
- Demanda Contratada Fora de Ponta - 23 mil kW
- Demanda Registrada F. Ponta Indut - 24.350 kW (+5,9 % - acima da tolerância de 5%)
- Demanda Registrada F. Ponta Capac - 23.486 kW (+2,1%)
Teremos:
- Demanda Faturada de Ponta - 23 mil kW
- Demanda Faturada Fora de Ponta - 23 mil kW (contratada)
- Ultrapassagem Demanda Fora de Ponta - 1.350 kW (registrada- contratada)
Exemplo 3:
Considerando
- Demanda Contratada Ponta - 23 mil kW
- Demanda Registrada Ponta - 23.846 kW (+ 3,7 % abaixo da tolerância 5%)
Teremos:
- Demanda Faturada de Ponta - 23.846 kW (registrada)
Energia Ativa
É aquela que efetivamente produz um trabalho útil. Sua unidade de medida é kWh.
Energia Reativa
É a energia necessária ao funcionamento dos equipamentos (transformadores, motores elétricos, fornos a arco, reatores - inclusive aqueles nas luminárias fluorescentes-, etc.). Sua unidade de medida é kVArh.
A energia reativa existe em duas formas diferentes:
- Energia reativa indutiva
Energia gerada por aparelhos consumidores normalmente dotados de bobinas, como motores de indução, reatores, transformadores, ou mesmo aqueles que operam em formação de arco elétrico, como os fornos a arco. Este tipo de carga apresenta fator de potência reativo indutivo.
- Energia reativa capacitiva
Energia que pode ser gerada por motores síncronos superexcitados (compensadores síncronos) ou por capacitores. Este tipo de carga apresenta fator de potência reativo capacitivo.
Energia Total da Carga
É a energia total necessária dentro de uma instalação elétrica, ou seja, toda a energia que precisa ser fornecida para o funcionamento de um determinado circuito. É uma composição das energias ativas e reativas, e sua unidade de medida é kVAh.
Fator de Carga
O Fator de Carga é um índice que permite verificar o quanto que a energia elétrica é utilizada de forma racional. É a razão entre a demanda média, durante um determinado intervalo de tempo, e a demanda máxima registrada no mesmo período.
O fator de carga varia de 0 a 1 e, quanto maior este índice, mais adequado e racional é o uso da eletricidade.
Fc = Dméd (kW ou kVA) / Dmáx (kW ou kVA).
ou
Fc = kWh / kW * nº Horas
Dentre as práticas que merecem mais atenção no gerenciamento de contas de energia elétrica está a melhoria do fator de carga, que pode ser alcançada conservando nível o consumo e reduzindo a demanda, ou aumentando o consumo a um nível adequado à demanda.
Os programas de conservação de energia desenvolvidos pela AES Eletropaulo focam na combinação otimizada dessas alternativas, ou seja, a manutenção do nível de produção da empresa - manutenção do consumo útil (kWh) - mas com efetiva redução de picos de demanda (kW), deslocando a operação de certas máquinas para outros intervalos de baixo consumo na curva de carga da instalação. A otimização dos sistemas de iluminação e refrigeração do sistema - reduzindo o consumo não operacional ou reativo (kWh ou kvarh)- é outra sugestão dos programas de conservação da companhia.
Fator de Demanda
O Fator de Demanda é a relação entre a demanda máxima do sistema e a carga total conectada a ele durante um determinado intervalo de tempo. A carga conectada é a soma das potências nominais contínuas dos aparelhos consumidores de energia elétrica.
O fator de demanda é, usualmente, menor que a unidade. Seu valor somente é unitário se a carga conectada total for ligada simultaneamente por um período igual ao do intervalo de demanda.
Fd = Dmáx (kW ou kVA) / Pinst (kW ou kVA)
Fator de Potência
A energia reativa é fornecida por diversas fontes ligadas ao sistema elétrico, tais como geradores, motores síncronos e capacitores, funcionando de forma individual ou combinada. Os aparelhos utilizados em uma instalação industrial são, em sua maioria, geradores parciais de energia reativa indutiva e não produzem nenhum trabalho útil, sendo responsáveis pela formação do de seu próprio campo magnético.
As próprias linhas de transmissão e de distribuição de energia elétrica são fontes parciais de energia reativa devido à sua própria reatância. Portanto, a energia reativa é geralmente suprida pela fonte geradora, normalmente localizada à distância da planta industrial. Porém, sempre que as fontes de energia reativa ficam em terminais muito distantes da carga, ocorrem perdas na transmissão deste bloco de energia, o que reduz o rendimento do sistema elétrico.
Desta forma, é melhor que a fonte geradora de energia reativa seja instalada no próprio prédio industrial, aliviando a carga de todo o sistema que, desta forma, pode transmitir mais energia que realmente resulte em trabalho (energia ativa). Essa fonte pode ser obtida por meio da instalação de um motor síncrono superexcitado ou, mais economicamente, pela instalação de capacitores de potência.
De acordo com a Resolução ANEEL 456, de 30 de novembro de 2000, o fator de potência é um índice do grau da eficiência com que um determinado sistema elétrico está sendo utilizado.
- Esse índice pode assumir valores de 0 a 1. Valores altos de FP, próximo de 1, indicam o uso eficiente; valores baixos evidenciam mau aproveitamento
- Pela legislação atual, o índice de referência do FP é 0,92
Quando analisado graficamente, o fator de potência mostra claramente que é obtido pela composição da energia ativa com energia reativa. Quanto maior a energia reativa para uma mesma energia ativa, maior será a energia que deverá ser fornecida e maior o fator de potência neste momento. Veja os exemplos abaixo mostrando relações entre as potências ativas de 100 kW e dois diferentes níveis de energia reativa nos casos de fatores de potência de 0,7 e 0,92. Observe que a potência total requerida no caso de fator de potência 0,7 (143KVA) é maior que a potência total requerida para fator de potência 0,9 (109KVA) para a mesma energia ativa:
Um exemplo consagrado é o que associa a energia reativa à espuma de um copo de chopp, e a energia ativa ao líquido do chopp.
Exemplo:
Pela representação podemos observar que:
Para se aumentar a quantidade de líquido (kW) para o mesmo copo de chopp, deve-se reduzir a quantidade de espuma (kVAr). Assim, melhora-se a utilização desse copo (sistema elétrico).
Nessa analogia, o aumento da quantidade de líquido para o mesmo copo de chopp (transformador, condutores, etc.) está associado à entrada de novas cargas elétricas, sem necessidade de alteração da capacidade desse copo.
Diversas são as causas que resultam num baixo fator de potência em uma instalação industrial. Relacionamos algumas delas:
- Motores de indução trabalhando em vazio durante um longo período de operação
- Motores superdimensionados para as máquinas a eles acopladas
- Transformadores em operação em vazio ou em carga leve
- Fornos a arco
- Fornos de indução eletromagnética
- Máquinas de solda a transformador
- Grande número de motores de pequena potência em operação durante um longo período
Porém, algumas causas resultam num baixo fator de potência em instalações comerciais e industriais. Eis algumas delas:
- Grande número de reatores de baixo fator de potência suprindo lâmpadas de descarga (lâmpadas fluorescentes, vapor de mercúrio, vapor de sódio, etc.)
- Equipamentos eletrônicos (os transformadores das fontes de alimentação interna geram energia reativa)
Preste atenção nestas possíveis causas e evite multas indesejáveis, possibilitando a criação de condições para que os custos de expansão do sistema elétrico que o serve sejam distribuídos para a sociedade de forma mais justa.
VOLNEI REIS PROJETOS ELÉTRICOS.
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