1. Conservação de Energia
Conceitos e Fundamentos

2. Definições de Energia

Aristóteles, Século IV A.C.


Maxell, 1.872 D.C.


Uma realidade em movimento
É aquilo que permite uma mudança na configuração de
um sistema, em oposição a uma força que resiste à esta
mudança.
Senso Comum Hoje

Medida da capacidade de efetuar trabalho

3. Potência e Energia
1.0
Potência (W)
0.8
0.6
0.4
t0 T
E
0.2
P dt
t0
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
Tempo (s)
5.0
6.0
7.0

4. Formas de Energia





Energia nuclear e atômica
Energia química
Células de combustível
Energia Mecânica
...

5. Energia Disponível em Sistemas Reais
Energia cinética de translação da Terra em torno do Sol
2,6E+34 J
Radiação solar recebida pela Terra em 24 h
5,5E24 J
Energia total anual em descargas atmosféricas
3,2E18 J
Consumo anual de um carro a gasolina compacto
4,0E10 J
Energia químia em um barril de petróleo
6,5E9 J
Energia cinética de uma bola de tênis (50 g) a 25 m/s
1,5E1 J
Energia para o salto de uma pulga
Energia cinética média dos eétricos de átomos a 20 oC
1,0E-7 J
1,0E-20 J

6. Níveis de Potência de Processos Reais
Potência liberada pelo Sol
3,4E27 W
Radiação solar interceptada pela Terra
1,7E17 W
Relâmpago gigante
2E13 W
Turbogerador a vapor de grande porte
1,0E9 W
Potência do eixo de um carro de F-1
8,0E5 W
Vôo de um beija-flor
Coração de um recém-nascido
7,0E-1 W
4E-1 W

7. Conversões Energéticas
Tubo catódico, lâmpada fluorescente
Músculo
Coletor Solar
Máquina Térmica
Dínamo/Alternador
Atrito
Energia Térmica
(Radiação)
Energia Química
Fotossíntese
Quimioluminescência
Energia Térmica
(E. Interna)
Energia Nuclear
Reator
Nuclear
Energia Mecânica
Termopilha
Reação Exotérmica
Resistência
Bateria
Eletrólise
Célula fotovoltaica
Motor Elétrico
Energia Elétrica

8. Participação dos Setores no Consumo de
Energia (2001)
Cerâmica, 5%
Não-Ferrosos e
Outros
Metais, 7%
Cimento, 7%
Mineração e
Pelotização, 4%
Têxtil, 2%
Ferro-Ligas, 1%
Outros, 7%
Ferro-Gusa e
Aço, 23%
Papel e
Celulose, 10%
Química, 11%
Alimentos e
Bebidas, 23%

9. Energéticos Utilizados na Indústria (2001)
20%
19%
18%
16%
15%
14%
12%
11%
11%
9%
10%
9%
9%
8%
8%
6%
6%
5%
4%
2%
0%
Eletricidade Bagaço de
Óleo
Cana
Combustível
Coque
Carvão
Mineral
Outras Sec.
Petróleo
Lenha
Gás Natural
Carvão
Vegetal
Outras Prim.
Renováveis
Outros

10. Consumo Final na Indústria (2001)
Calor o
Processo, 35%
Aquecimento
Direto, 51%
Força
Motriz, 11%
Outros, 0%
Eletroquímica,
2%
Iluminação, 1%

11. Energia para Força Motriz
Óleo
Diesel, 3%
GLP, 0%
Querosene, 0
%
Eletricidade, 9
7%

12. Evolução do Peso dos Motores
100
90
80
kg/ / kW
70
60
50
40
30
20
10
0
1890
1910
1930
1950
Ano
1970
1990

13. Evolução do Rendimento
95
Rendimento (%)
90
85
80
1955
75
1983
70
65
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16
Potência (cv)

14. Desequilíbrio Tensão X Perdas
18%
Aumento das Perdas (%)
16%
14%
12%
10%
8%
6%
4%
2%
0%
0%
1%
1%
2%
2%
Desequilíbrio de Tensão (%)
3%
3%

15. Desbalanço X Conjugado
Conjugado (%)
Perda de Conjugado (%)
100%
95%
90%
85%
80%
0%
1%
2%
3%
4%
Desbalanceamento de Tensão (%)
5%

16. Carregamento dos Motores
0,75 < < 1;
30%
0,5 < < 0,75;
30%
< 0,5; 36%
> 1; 4%

17. Distribuição dos Rendimentos
> 0,9; 26%
0,8 > > 0,9;
38%
< 0,7; 19%
0,7 > > 0,8;
17%

18. Perdas em um MIT

19. MIT 37 kW / 50 cv
Perdas joule
no estator
Perdas por
histerese e foucalt
Perdas por
atrito
Perdas joule
no rotor
Perdas por
ventilação
Perdas por
dispersão

20. Motor de Alto Rendimento

Aumento no volume de cobre para evitar perdas
por efeito joule (50 – 60%)

Melhoria no material do núcleo (aço-silício e
laminado mais fino) (20 – 25%) em perdas por
histerese e correntes de Foucalt

Otimizar o projeto via diminuição de gaps de A/R
(11 – 14%)

Diminuir atritos em rolamentos e circulação de ar
para refrigeração (5%)

21. P
n
otê
ci a
a
Ap
re
Potência Reativa (Var)
Triângulo das Potências em um Motor
)
( VA
nte
q
Potência do Eixo (W)
Potência de
Perdas (W)

22. Corrigindo o FDesl
Qatual Qcap
Plib
Qdesejado
qatual
qdesejado

23. Motores de Indução
I1
cos
C
P
s
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0

24. Curvas (100cv Standard)

25. Curvas (100cv alto rendimento)

26. Curvas (10cv Standard)

27. Curvas (10cv alto rendimento)

28. Conjugado e Corrente (10 cv)
Standard
Alto Rendimento

29. Distribuição da Perdas
Suplem.; 15%
Ferro, 20%
Rotor, 20%
Estator, 33%
Mecânicas, 10
%

30. Desempenho X Tensão
Característica
Torque
- De partida, Máximo e de
Operação
Rotação
- Síncrona
- Plena Carga
- Escorregamento
Rendimento
- Plena Carga
- 3/4 Carga
- 1/2 Carga
Fator de Deslocamento
- Plena Carga
- 3/4 Carga
- 1/2 Carga
Corrente
- Partida
- Plena Carga
Temperatura
Capacidade de Sobrecarga
Ruído de Origem Mangética
Variação da Tensão Nominal
110%
90%
Aumenta 12%
Diminui 19%
Não se altera
Aumenta 1%
Diminui 17%
Não se altera
Diminui 1,5%
Aumenta 23%
Aumenta 0,5 a 1%
Pequena Mudança
Diminui 1 a 2%
Diminui 2%
Pequena Mudança
Aumenta 1 a 2%
Diminui 3%
Diminui 4%
Diminui 5 a 6%
Aumenta 1%
Aumenta 1 a 3%
Aumenta 4 a 5%
Aumenta 10 a 12%
Diminui 7%
Diminui 3 a 4oC
Aumenta 21%
Leve Aumento
Diminui 10 a 12%
Aumenta 11%
Diminui 19%
Leve Queda

31. Motor de 30cv sobredimensionado

32. FDesl, MIT 30 cv
Potência Reativa (Var)
12,000
8,000
4,000
0
0
4,000
8,000
Potência Ativa (Watt)
12,000

33. FDesl, MIT 15 cv
Potência Reativa (Var)
12,000
8,000
4,000
0
0
4,000
8,000
Potência Ativa (Watt)
12,000

34. Comparativo entre motor
superdimensionado e bem dimensionado
Eixo, 30cv
Reativa, 30cv
12,000
Potência Reativa (Var)
Aparente, 30cv
Perdas, 30cv
Eixo, 15cv
Perdas, 15cv
8,000
Aparente, 15cv
Reativa, 15cv
CELESC, 30cv
CELESC, 15cv
4,000
0
0
4,000
8,000
Potência Ativa (Watt)
12,000

35. 30 X 15 cv com R$0,16 / kWh (1 ano)
30
Tensão
Pcarga
Pelétrica
15
380 V
Motor
trabalhando 24
horas por dia e o
preço médio do
kWh de R$ 0,16
Economia
cv
380 V
26,18 A
Corrente
cos
cv
21,7 A
0,7006
0,8326
0,9051
0,9117
15 cv
15 cv
16,57 cv
16,45 cv
88,30 W
R$ 123,76
Energia Reativa Excedente
7.226,95 Var
2.896,98 Var
Reativo Excedente
3.819,79 W
1.271,14 W
Economia Reativos
2.548,65 W
R$ 3.572,19

36. Tarifação de Energia Elétrica
Especialização em Engenharia da Manutenção Industrial

37. Introdução

Quantia que deve ser
paga pela prestação do
serviço

Parâmetro para a
correta tomada de
decisão

Síntese dos parâmetros
de consumo (histórico)

38. Sistema Elétrico

Padrões de Qualidade



Serviço
Produto
Sistemas de Distribuição:


Regime das cargas não é fixo
Os valores máximos das cargas não ocorrem ao mesmo
tempo

39. 4,000
2,000
0:00
0:30
1:00
1:30
2:00
2:30
3:00
3:30
4:00
4:30
5:00
5:30
6:00
6:30
7:00
7:30
8:00
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
18:30
19:00
19:30
20:00
20:30
21:00
21:30
22:00
22:30
23:00
23:30
Demanda (kW)
Demanda (15 min)
14,000
Demanda Contratada
12,000
10,000
8,000
6,000
FD
DMAX
CI
0
Tempo (h:min)

40. 4,000
2,000
0:00
0:30
1:00
1:30
2:00
2:30
3:00
3:30
4:00
4:30
5:00
5:30
6:00
6:30
7:00
7:30
8:00
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
18:30
19:00
19:30
20:00
20:30
21:00
21:30
22:00
22:30
23:00
23:30
Demanda (kW)
Fator de Carga
14,000
12,000
Demanda Máxima
10,000
Demanda Média
8,000
6,000
FC
DMED
DMAX
0
Tempo (h:min)

41. Dd/mm/aa h:min
1/8/09 0:00
31/7/09 0:00
30/7/09 0:00
29/7/09 0:00
28/7/09 0:00
27/7/09 0:00
26/7/09 0:00
25/7/09 0:00
24/7/09 0:00
23/7/09 0:00
22/7/09 0:00
21/7/09 0:00
20/7/09 0:00
19/7/09 0:00
18/7/09 0:00
17/7/09 0:00
16/7/09 0:00
15/7/09 0:00
14/7/09 0:00
13/7/09 0:00
12/7/09 0:00
11/7/09 0:00
10/7/09 0:00
9/7/09 0:00
8/7/09 0:00
7/7/09 0:00
6/7/09 0:00
5/7/09 0:00
4/7/09 0:00
3/7/09 0:00
2/7/09 0:00
1/7/09 0:00
Demanda (kW)
14E+03
8E+06
12E+03
10E+03
5E+06
8E+03
4E+06
6E+03
3E+06
4E+03
Potência
2E+06
2E+03
Energia
1E+06
000E+00
000E+00
Consumo (kWh)
Comportamento mensal
7E+06
6E+06

42. 1/7/09 0:00
1/7/09 4:48
1/7/09 9:36
1/7/09 14:24
1/7/09 19:12
2/7/09 0:00
2/7/09 4:48
2/7/09 9:36
2/7/09 14:24
2/7/09 19:12
3/7/09 0:00
3/7/09 4:48
3/7/09 9:36
3/7/09 14:24
3/7/09 19:12
4/7/09 0:00
4/7/09 4:48
4/7/09 9:36
4/7/09 14:24
4/7/09 19:12
5/7/09 0:00
5/7/09 4:48
5/7/09 9:36
5/7/09 14:24
5/7/09 19:12
6/7/09 0:00
6/7/09 4:48
6/7/09 9:36
6/7/09 14:24
6/7/09 19:12
7/7/09 0:00
7/7/09 4:48
7/7/09 9:36
7/7/09 14:24
7/7/09 19:12
8/7/09 0:00
Demanda (kW)
14E+03
12E+03
10E+03
1E+06
8E+03
1E+06
6E+03
800E+03
4E+03
600E+03
Potência
2E+03
400E+03
Energia
200E+03
000E+00
000E+00
Dd/mm/aa h:min
Consumo (kWh)
Comportamento semanal
2E+06
2E+06
1E+06

43. Fator de Deslocamento
R
V

44. Fator de Deslocamento

45. Resistor Puro
Tempo (s)
Potência
Tensão
Corrente

46. Indutor Puro
Tempo (s)
Potência
Tensão
Corrente

47. Capacitor Puro
Tempo (s)
Potência
Tensão
Corrente

48. Circuito RL
Tempo (s)
Potência
Tensão
Corrente

49. Triângulo das Potências
FP
P
S
cos
S
P
Q

50. 53,1°
23,1°
Reativos Excedentes
faturados em kW e kWh
Economia de Reativos

51. Vantagens da Correção
S = 250 kVA
FDesl = 0,6
S = 250 kVA
228 A
380 A
304 A
S = 250 kVA
FDesl = 0,6
S = 150 kVA
228 A
380 A
304 A

52. Corrigindo o FDesl
250 kVA
200 kVAr
53,1
150 kW
100 kW

53. Conceitos Adicionais

Período Seco e Período Úmido



Seco  maio a novembro
Úmido  dezembro a abril
Tensão de Fornecimento
Tensão
Carga Instalada
secundária
< 75 kW
primária < 69kV
> 75 kW
primária > 69kV
Demanda
< 2500 kW
> 2500 kW

54. Grupos
GRUPO "B"
GRUPO "A"
>= 230kV
A2
A3
B1
residencial
residencial baixa renda
rural
B2
A1
Tensão de Fornecimento
B2
Tensão de Fornecimento
Subgrupo
B1
Subgrupo
serciço público de irrigação
B3
demais classes
B4
iluminação pública
88 kV a 138 kV
69 kV
A3a
30 kV a 44 kV
A4
2,3 kV a 25 kV

55. Estrutura Tarifária

Convencional

Horo-Sazonal


Azul: cobradas de acordo com as horas do dia e com o
período do ano
Verde: cobradas de acordo com as horas do dia e
período do ano, porém com uma tarifa única para a
demanda

56. Faturamento  Grupo B

Consumo kWh e KVar* (*quando aplicável!)

Valores mínimos faturáveis
Entrada
Valor em R$ para
monofásica
30 kWh
bifásica
50 kWh
trifásica
100 kWh

57. Faturamento  Grupo A

Demanda Faturável (kW)



maior
Consumo (kWh)



Contratada
Medida
Contratada (se houver)
Medida
maior
Consumo e Demanda de Reativos Excedentes

58. Faturamento  Grupo A [cont.]
VPF





CF TC
DF TD
1
1 ICMS
VPF = Valor Parcial da Fatura (R$)
CF = Consumo Faturado (kWh)
TC = Tarifa de Consumo (R$/kWh)
TD = Tarifa de Demanda (R$/kW)
ICMS = Imposto sobre Circulação de Mercadorias
e Serviços

59. Tarifa de Ultrapassagem

Tolerância



Azul



>= 69 kV  5 %
< 69kV  10%
FDUp = (DMp – DCp) x TUp
FDUf = (DMf – DCf) x TUf
Verde

FDU = (DM-DC) x TU

60. Quadro Resumo
Azul
Verde
Convencional
Demanda (kW)
Ponta
Fora de Ponta
Preço Único
Preço Único
Consumo (kWh)
Ponta Úmido
Fora Ponta Úmido
Ponta Seco
Fora Ponta Seco
Preço Único

61. Custo da Demanda
29.73
Ponta Azul
30.00
Ponta Verde
23.82
23.82
Ponta Conv.
25.00
Fora Ponta Azul
Custo (R$/kW)
20.00
Fora Ponta Verde
Fora Ponta Conv.
15.00
7.74
7.74
10.00
7.74
5.00
0.00
Azul
Verde
Ponta
Conv.
Azul
Verde
Fora Ponta
Conv.

62. Custo da Demanda + ultrapassagem
89.19
90.00
71.46
71.46
80.00
70.00
Custo (R$/kW)
60.00
50.00
40.00
29.73
23.82
30.00
20.00
23.82 23.22 23.22
23.22
7.74
7.74
7.74
10.00
0.00
Azul Verde Conv.
Azul Verde Conv.
Azul Verde Conv.
Azul Verde Conv.
PN
PU
FPN
FPU

63. Demanda e Consumo
35
30
1
0.93086
0.9
29.73
23.82
25
23.82
R$ / KW.h
0.7
0.6
20
0.5
15
10
0.4
0.24049
7.74
7.74
0.16089
0.14796
0.14796
0.3
7.74
0.16089
0.2
5
0.1
0
0
Azul
Verde
PN
Conv.
Azul
Verde
FPN
Conv.
Consumo (R$ / kW.h)
Demanda (R$ / kW)
0.8
R$ / kW

64. Fonte das tarifas

Convencional


Azul


http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/index.php?
option=com_content&task=view&id=286&Itemid=94
http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/index.php?
option=com_content&task=view&id=287&Itemid=94
Verde

http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/index.php?
option=com_content&task=view&id=288&Itemid=94