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Sem inrio de energ ia
Princpios demedio deenergia
Identificando equantificando
o desperdciode energia
1Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
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Roberto oyato
IG Regional Product Manager for Fluke Latin America
(excluding Brazil)
Experiencia de ms de 20 aos en mantenimiento,equipos electrnicos e instalaciones de potencia
[email protected]+34 690681750
Ponente
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Aquecimento: O que Energia?
A energia medida em Joule (j).
A energia de um Joule em um segundo = um Watt (W). Usamos a energia para produzir trabalho.
Quando fazemos isso, parte da energia transformadaem energia trmica.
Chamamos isso de perda de energia, e a quantidadedessa perda define a eficinciade um processo.
A eficincia do motor eltrico ideal de 80 a 90%. Isso significa que 80 a 90% da energia eltrica so
transformados em trabalho e de 10 a 20% sotransformados em calor.
Se um motor ficar mais quente do que deveria, aeficinciadiminui e a energia desperdiada
Formatos de energia mensurveis: Calor Eletricidade Presso (vapor, ar, gua) Fora mecnica (giratria/centrfuga)
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Por que medi renergia faz diferena?
Os dados de medio apoiam as decises e aes que
reduzem o consumo de energia e os custos, como: Anlise de aprimoramento do equipamento e ROI
Otimizao e dimensionamento correto de suprimento/demanda
Justificativa para a introduo de controles e automao
Solicitaes de incentivo da companhia de energia eltrica Reparos
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Oquenoestincludonestaapresentao
Este workshop revisa somente
onde e como a medio pode Quantificar o consumo de energia Identificar o desperdcio de energia
Se a sua meta reduzir a conta de energiaeltrica, comece entendendo quanto voc est
consumindo e onde.1. Revisar sua conta de energia eltrica
2. Mapear seus principais consumidoresde eletricidade
3. Usar a medio para determinar o consumo
e o desperdcio em cada rea.Ento, vocpode determinar: Que parte de um consumo eltrico necessria
para o negcio
Que parte um desperdcio e pode ser reduzida
No inclui:
Identificar e solucionar deproblemas
Manuteno preditiva Teoria ou prtica de
auditoria energtica Ciclo/tempo operacional
da avaliao de uso Treinamento abrangente
em ferramenta de teste
Energia renovvel(solar, elica)
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No inclui:
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Como o desperdcio de energia se manifesta?
Eletricidade Consumo
de energia
Distorode energia
Superaquecimento
Mecnica Vibrao
excessiva, atrito
Superaquecimento
Som excessivo
Entrada vs. sada Queda de presso
Ar-condicionado
Ar comprimido
Queda de temperatura Vapor Ar-condicionado
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Comoodesperdciodeenergiapodeserquantificado?
Eletricidade
kWh Harmnicos Desequilbrio Fator de potncia Demanda de pico
Vibrao
PSI
Calor
Delta-T
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Economias de medio deenergia na mdia:
"Um exemplo, apresentado em umestudo do Lawrence Berkeley NationalLaboratory, vem da Sysco, uma empresade servios de alimentao de US$ 37bilhes com mais de 140 instalaes da
Amrica do Norte.
Durante um programa de eficinciaenergtica de trs anos lanado em2005-06, a empresa usou a analticacomo um componente essencial paracortar o uso de energia do seu portflioem 28%, um a econ om ia mensal de 18
m ilhes de kWh .
importante destacar que 18% daseconomias vieram de correes de baixoou nenhum cus to , com apenas osltimos 10% exigindo investimento decapital e atualizaes."
Quanto voc pode economizar?
Em geral: As auditorias energticas
da instalao podem reduzir asdespesas com a companhia deenergia eltrica em 25% em um ano
Depende do tamanho e da idade,do tipo de instalao e do escopo
do registro de energia Instalaes com bons programas de
manuteno proativos podemesperar identificar economiasde 10 a 20%
Instalaes em que a manutenoainda combate muitos incndiospodem identificar economiasde at 30%
8Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
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9/1649Energy Measurement Principles 2013 Fluke Corporation. Modification, or reproduction of this document is not permitted without written permission from Fluke Corporation.
Por otra parte la eficiencia energtica forma parte de lasdiferentes etapas de un sistema.
Diseo
InstalacinOperacin
No es algo nuevo!
Pero ahora, la necesidad de ser ms eficiente es mayor yla disponibilidad de instrumentacin ms avanzada yms fcil de utilizar, abre nuevas posibilidades para laeficiencia y el ahorro.
Maiores oportunidades de economia
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total
$$$ Maiores oportunidades
$$ Oportunidades mdias
$ Menores oportunidades de longo prazo
Maiores oportunidades de economia
Companhia deenergia eltrica,TI/computadores
HVAC (aquecimento,ventilao e arcondicionado)
motores e transmisses
Iluminao, arcomprimido,
sistemasde vapor
Envelope deprdios/
edificaes
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Onde ocorre o desperdcio?
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A instalao agora usa 27% menosenergia que o hospital mdio dos EUA
Olhar para as temperaturas de descarga,para as temperaturas da gua quente econstantemente garantir que oequipamento esteja operando conforme oprojetado
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Infraestrutura do prdio
Distribuio eltricatrifsica (rede eltrica)
Ventilao,aquecimento,resfriamento
Envelope deprdios/edificaes
Iluminao
Subsistema eltrico
Conta de luz
Infraestruturade distribuioeltrica
Foco nos sistemas de trs prdios
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Sistemas do processo de produo
Cargas mecnicas Fluxo: Compresso de ar, vapor
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Cargas: Iluminao, computadores, etc.
Entrada deservio principal
Carga n 1 50 kVA
Carga n 2
100 kVA
Motor n 1
Subpaineln 1.1
Subpainel n 1.2
Painel de
480 V
Medio do
desperdcio
Motor n 2
Motor de
partida
Desconector
Desconector
Transformador Medio dodesperdcio
Medio dodesperdcio
Medio do
desperdcio Desconector
Capacitor
Pontos de desperdcio do subsistema eltrico
13Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
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Identificao de desperdcios na conta de luz
Mximo de encargos por demandaEncargos fixos por demanda
Quanto custa a sua eletricidade? Voc est sendo penalizado? Quanto voc est consumindo?
Principais perguntas:
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Como as companhias de energia eltricamedem o consumo de energia
Entenda o que medir.
O consumo de energia oacmulo de energia ao longodo tempo expressado emquilowatt/hora (kWh)
Os encargos de consumo deenergia da companhia sodivididos emEnergia (kW) ativa (ou real)entregue pela companhia
Variaes devido ao Fator dePotncia
Variaes devido demandade mercado
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Vdeo: Entendendo sua conta de luz
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O que energia eltrica?
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Potncia, kWTaxa qual a energia gasta. Watts medem a energia necessria
para realizar o trabalho real, como operar um motor.Demanda, kVATotal de tenso e corrente exigidas da companhia de energiaeltrica, no importa sua eficincia ou se realiza trabalho real.
Fator de potncia, PF
Quando um circuito opera a uma eficincia de 100%,demanda = potncia. Quando a potncia inferior demanda,a diferena, kW/kVA, o fator de potncia. Um PF abaixode 0,95 representa ineficincia.
Harmnico e desequilbrioOutras causas de uso ineficiente da energia
Para medir a energia da maneira que a companhia deenergia eltrica cobra por ela, necessria uma medio de potncia considerando volts,ampres, watts e PF.
Para aumentar a eficincia, harmnicos e desequilbrio devem ser avaliados tambm.
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Componentes da energia
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A energia expressa em potncia
aparente, reativa e realO fluxo de energia descrito por
Potncia real (P) ou ativa em watts (W) Potncia reativa (Q) em volt ampre
reativo (VAR) Potncia complexa (S) em volt ampre
(VA) Potncia aparente, a magnitude da
potncia complexa (VA)
Matematicamente expresso por S = P + jQ
Real
Imaginria
Potnciacomplexa (S)
Potnciareativa (Q)
Potnciareal (P)
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Como ela funciona
A taxado fluxo de energia em um sistema dependeda carga - resistiva, reativa ou ambos?
Com uma carga puramente resistiva,
A tenso e a corrente revertem a polaridade aomesmo tempo,
O produto da tenso e da corrente positivo,
H uma transferncia lquida da energia paraa carga
A potncia real transferida
Se a carga for puramente reativa
A tenso e a corrente esto fora de fase,
O produto da tenso e da corrente negativo, emmdia, tanta energia flui para a carga quanto de
volta da carga A transferncia lquida de energia para a carga zero
Somente fluxos de energia reativos
A maioria das cargas possui uma combinao de resistncia, indutnciae capacidade, criando tantoenergia real quanto reativa em um sistema.
Tenso(volts)
Atual
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Registro de energia: Por que e onde
9/58/57/56/55/54/53/5
T
lk
160
140
120
100
80
60
40
Onde:1. Registre a potncia
nos painis principale secundrio e ascargas principais
2. Registre kW, kWh e fatorde potncia
3. Identifique qualquer tempode uso de pico (abaixo)
4. Determine se o uso podeser ajustado e quais outrasmaneiras de reduzir o custo
Totaldek
W
Por qu: preciso mapear para onde o seu consumo est indo
Compare com relao a medidores/contas da companhia deenergia eltrica Avalie o pico de consumo e qualquer encargo do fator de potncia
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Ferramenta para registro de energia
Recursos do registrador de energia Fluke 1735
para identificar desperdcio de energia Avaliaes de energia Quantifique o consumo de energia antes e depois das
melhorias para justificar o uso de dispositivos queeconomizam energia
Monitore a demanda mxima de potncia
Funes do registrador de desperdcio de energia: kWh
Harmnicos Desequilbrio Fator de potncia Demanda de pico
Fcil de usar, potente e completo
Carregue a bateria, instale o software: pronto para usar
Visualize grficos e gere relatrios com o softwarePower Log.
Classificado para CAT III 600 V.
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Vdeo: Como registrar a energia
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http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/4315124-MeasuringEnergy-ES-LA-1280x720.wmv -
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Identificao de opes de energia econmicas
1. Compare a programao
operacional com a programaoda taxa da companhia deenergia eltrica
2. Altere as operaes paraaproveitar:
Perodos de menor custo
de energia durante o dia Momentos em que as mquinas
podem ser desligadas
Sensores e controles que podempermitir que os sistemas sejamdesligados quando no foremnecessrios
3. Configurar programaes departida/desligamento doequipamento de infraestruturapara os modos ocupado vs.desocupado
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
100.00
110.00
00:00
01:00
02:00
03:00
04:00
05:00
06:00
07:00
08:00
09:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
kWh
Weds 7th Jan
Thurs 5th Feb
Sun 25th Jan
Weds 10th Jun
Sun 17th May
Fri 31st Jul
Sat 25th Jul
Sat 20th Jun
Amostra de registro de energia
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4. Separe a partida de equipamentos com grandeconsumo de energia eltrica por pelo menos 15minutos para evitar encargos de pico de consumo.
5. Instalar VFDs para grandes motores e substituirmotores em ms condies por motores de altaeficincia
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Exerccio prtico: Medio de potncia
Como voc medea potncia?
Conecte um registradorde energia trifsica ou
um analisador a umafonte como essesimulador e passepelas telas de mediopara fase-ngulo, kW,PF, desequilbrio e
harmnico
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Unidade Medies Objetivo
Comutador principal KW, PF, desequilbrio,harmnico
Compare o uso conta,avalie o nvel dedesperdcio
Banco decomutadores/capacitores
PF Verifique a eficincia damediao de PF
Fonte de energiaalt./comutadores
KW, eficincia doinversor, temperatura
Verifique a energiacontribuda e a eficinciado inversor
Painel 230/400 ou carga KW, PF, desequilbrio,harmnico, temperatura
Avalie o nvel dedesperdcio e ROI para
mitigao ou alteraes scargas ou programaes
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Medies para determinar o desperdcio eltrico
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Cargas: Iluminao, computadores, etc.
Entrada deservio principal
Carga n 1 50 kVACarga n 2100 kVA
Motor n 1
Subpaineln 1.1
Subpaineln 1.2
Painel de480 V
Detectardesperdcio
Motor n2
Motor departida
Desconector
Desconector
Transformador Detectardesperdcio
Detectardesperdcio
Detectardesperdcio Desconector
Capacitor
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Comece com uma verificao trmica
Unidade Medies Objetivo
Comutador principal KW, PF, desequilbrio,harmnico
Compare o uso conta,avalie o nvel dedesperdcio
Banco decomutadores/capacitores
PF Verifique a eficincia damediao de PF
Fonte de energiaalt./comutadores
KW, eficincia do inversor,temperatura
Verifique a energiacontribuda e a eficinciado inversor
Painel 277/480 ou carga KW, PF, desequilbrio,harmnico, temperatura
Avalie o nvel dedesperdcio e ROI paramitigao ou alteraes scargas ou programaes
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Desperdcio de calor por sistemas eltricos
Fundamentos da transfernciade calorcomo as cmaras termogrficasfuncionam
Todos os objetos emitem radiaoinfravermelha
As cmaras termogrficas "veem"
a temperatura medindoa radiao emitida e convertendoesses dados em uma imagemcorrespondente.
Mede apenas temperaturasde superfcie
Objetos eltricos emitem calorcomo um subproduto.
Excesso de calor ou umamudana na quantidade de calorindica ineficincias queconsomem excesso de energia
conveco
radiao
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Motivos tpicos para pontos
eltricos de alta temperatura: Cargas desequilibradas
Harmnicas (corrente da 3 harmnicaem neutro)
Sistemas sobrecarregados/excesso
de corrente Conexes frouxas ou com corroso,
aumento da resistncia no circuito(geralmente um lado de um componentese aquece)
Isolao defeituosa
Componente defeituoso
Erro de fiao
Componentes abaixo das especificaes(como fusveis, aquecem em ambosos lados do fusvel)
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Teoria da medio: Calor eltrico ou T
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Distribuio de energia
(trifsica) Caixas de fusveis
Cabos e conexes
Rels/Chaves
Isoladores Capacitores
Subestaes
Disjuntores Controladores
Transformadores
Motores
Bancos debaterias
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Componentes eltricos para inspecionar
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Cmeras termogrficas Fluke
Deteco e anlise de problemas aprimorados comIR- Tecnologia de Fusosomente da Fluke. Combinam o poder das imagens infravermelhas com
imagens de luz visvel no mesmo visor.Otimizadas para uso em campo nos ambientes maisdifceis de trabalho.
Suportam uma queda de 2 metrosClassificao IP 54 para poeira e gua
Apresentam imagens ntidas e bem definidas paraidentificao rpida de problemas
Diversas capacidades de medioFcil de usar com navegao simples por meio de
selees conduzidas por menuSistema de foco IR-OptiFlex e foco manual
Software SmartViewRelatrio e anlise fceis e de alto desempenho
Srie Ti100: Cmeras termogrficas mais leves, mais robustas e fceis de usar
Srie P3: Provado, Prtico, Performance
Srie Ti: Ferramentas robustas para uso dirio
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Condies bsicas para realizar a
maioria das inspees eltricas: Viso direta - abra as portas do gabinete
ou use uma janela IR (no possvel veratravs das portas do gabinete!)
Tome nota das diferenas de temperaturaentre componentes similares
necessrio conhecer as condies decargas presentes e futuras
A inspeo deve ser efetuada com omximo de carga possvel(no mnimo 40%)
Somente pessoas qualificadas devemter acesso direto ao equipamentoeltrico ativo
Utilize os equipamentos de proteoindividual (EPI) e os procedimentospara termografia
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Exerccio prtico: Uso de cmaras termogrficas
Exerccios na sala com acmara termogrfica
Voc consegue identificar os pontos de alta temperatura? O que eles indicam?
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Cargas: Iluminao, computadores, etc.
Entrada deservio principal
Carga n 1 50 kVACarga n 2100 kVA
Motor n 1
Subpaineln 1.1
Subpaineln 1.2
Painel de480 V
Detectardesperdcio
Motor n2
Motor departida
Desconector
Desconector
TransformadorDetectar
desperdcio
Detectardesperdcio
Detectardesperdcio Desconector
Capacitor
Unidade Medies Objetivo
Comutador principal KW, PF, desequilbrio,harmnico
Compare o uso conta,avalie o nvel dedesperdcio
Banco decomutadores/capacitores PF Verifique a eficincia damediao de PF
Fonte de energiaalt./comutadores
KW, eficincia do inversor,temperatura
Verifique a energiacontribuda e a eficinciado inversor
Painel 277/480 ou carga KW, PF, desequilbrio,harmnico, temperatura
Avalie o nvel dedesperdcio e ROI paramitigao ou alteraes scargas ou programaes
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Acompanhamento com medies eltricas
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Amostra de conta do fator de potncia
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O que o fator de potncia?
Fator de potncia de
deslocamento (COS) Uma carga puramente resistiva tem
um fator de potncia de 100%
DPF igual ao cosseno da mudana
de fase entre V e I Uma maior potncia reativa significa
um DPF menor
O DPF considera somente a
frequncia fundamental, e noharmnicos
Um baixo PF restringe a capacidadedo sistema, pode causar quedas detenso e superaquecimento
Alta potncia reativasignifica que uma
maior capacidade dosistema (VA)
necessria
Potncia aparente(VA)
Potncia real (watts)
Potnciareativa(VARs)
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Punies do fator de potncia
Muitas companhias de energia eltrica cobram por cada ponto percentualacima do limite (
-
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Tarifas de la energa reactiva establecidas en el 2010, de acuerdo al
BOE 31/12/2009
Consumos elctricos
Potencia reactiva. Penalizacin por Cos
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La utilizacin de bateras de condensadores permite mejorarel cos y por tanto reducir la factura elctrica
Iarm
C
L
Iarm
Sin embargo se debeprestar atencin a posiblesproblemas de resonanciasdebidas a los armnicos
LC2
1fr
Consumos elctricos
Potencia reactiva. Penalizacin por Cos
http://rcm.c.topica.com/maajgYfabJq10bKOI69eafpKqK/ -
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Vdeo: Deteco do fator de potncia
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http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/4315160-PowerFactor-ES-LA-1280x720.wmv -
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Recursos de diagnstico e soluo de problemas Identificao e soluo de problemas em tempo real:
Analisa tendncias usando ferramentas de zoom e cursores.Determina a tendncia automaticamente para kWh,harmnicos, desequilbrio, fator de potncia, pico de consumo
Registrador:Configure para qualquer condio de teste com memria paraat 600 parmetros no intervalo definido pelo usurio
Monitoramento do Sistema:Dez parmetros de qualidade de energia em uma tela deacordo com o padro EN50160 de qualidade de energia.
Modo automtico de transiente:Captura de dados de formas de ondas de 200 kHz em todas asfases ao mesmo tempo, at 6 kV.
Captura de dados PowerWaveCaptura formas de onda e dados de RMS de meio ciclo rpidospara caracterizar a dinmica do sistema eltrico (inicializaesde gerador, variao de UPS).
Captura de forma de onda:Captura 120 ciclos (60 Hz) de cada evento detectado em todosos modos, sem configurao
40
Analisador de qualidade da energia Fluke 435
Fcil de usarCarregue a bateria e instale
o softwareMaior classificao de seguranaClassificado para CAT IV 600 V /CAT III 1000 V para uso na entradada rede eltrica
Grficos e relatrioscom software includo
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Programaes da companhia de energia
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Programaes da companhia de energiaeltrica de "tempo de uso"
www.PGE.com- PROGRAMAO ELTRICA A-10SERVIO MEDIDO DE CONSUMO GERAL MDIO
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http://www.pge.com/http://www.pge.com/ -
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Pico de consumo - a energia mais cara
O p ico de consum odetermina quo grande precisa ser o "canal deeletricidade" para entregar a energia necessria para a instalao.
O pico de consumo a maior das leituras medidas consecutivamente damdia de kW em 15 minutos (a tcnica pode variar conforme o fornecedor)
Para alguns grandes consumidores, as companhias de energia eltricaincluem um custo de consumo para cobrir todo o custo de investir no
equipamento necessrio para entregar a energia
kW contnuos
kW mdios em 15 minutos
15min 15min 15min 15min
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Estudo de casoFornos operando ao pico de consumo
12h10h8h6h4h2h0h22h20h18h16h
T
lk
150
100
50
0
Primeira horapico de 130 kWPenalidade em potencial de
$ 1.950 no ms
Active Power Avg
16/612h16/66h16/60h15/618h
T
l
k
40
30
20
10
0
17 horaspico de 34 kWPenalidade em potencial
de $ 510 no ms
Meta: Otimizar a demanda e o consumo de
energia vs. programao de taxa dacompanhia de energia eltrica
Mtodo de medio: Registrar ao longo de um ciclo operacional
completo para obter o perfil deconsumo completo
Conhecer a programao de taxas da companhia
de energia eltrica/ entender como a companhiade energia eltrica cobra
Desenvolver um plano de gerenciamento paraevitar que grandes cargas atinjam picos duranteas horas de taxa mais cara da companhia deenergia eltrica
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Estudo de caso
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rea AMCO registro descobriu que os motores eram deixados emoperao no modo ocioso durante intervalos e o horrio dealmooSoluo: Reprogramar o PCL para automaticamente desligar osmotores depois de um perodo de trs minutos de inatividade
A exibio mostra o status como um banner atravs da tela
Nova partida com uma tecla programvel Rastreamento automtico de perodos de desligamentopara fcil auditoria das economias reais
$ 12.514,95 em econom ias anuais
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Estudo de caso Programando operaes de carga
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BOLETN OFICIAL DEL ESTADOJueves 31 de diciembre de 2009
BOLETN OFICIAL DEL ESTADO8 de noviembre de 2001
Consumos elctricos
Pico de consumo o Demanda
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15 min 15 min 15 min 15 min 15 min
Total KW
Pico de demanda
Gracias a analizadores como el 435 SII se pueden determinarcuando se producen esos excesos de consumo a lo largo del da
Desconectando cargas no necesarias en ese momento se puedereducir la factura elctrica.
Por ejemplo, en un hotel se puede desconectar el sistema de aireacondicionado de 8 a 9.30 horas, para compensar el aumento deconsumo debido al uso intensivo de los ascensores debido a lasalida de los clientes de las habitaciones.
Consumos elctricos
Pico de consumo o Demanda
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Consumo de energa (kWh)Para la mejora de este apartado esfundamental la seleccin de equipos eficientes.
Ejemplo: variadores de velocidad contecnologa regenerativa que reinyectan energadel motor a la red, en vez de desperdiciarla.
El analizador de calidad elctrica Fluke 435 SII
es capaz de cuantificar de forma separada: el flujo total de energa la energa consumida por la carga la energa reinyectada por el variador de
velocidad en la red
Consumos elctricos
Potencia y Energa Activa. Flujos de energa
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Analizadores de Energa y Calidad Elctrica
Los analizadores de Energa y Calidad Elctrica son instrumentos demedida que nos van a permitir medir entre otros aspectos las potencias y
energas consumidas por las cargas elctricas.
Existen muchos analizadores de calidad elctrica en el mercado:
Sin embargo para el anlisis de la eficiencia energtica es recomendable
la utilizacin de equipos combinados como el Fluke 434 SII o el Fluke 435
SII que en un mismo instrumento combina un analizador de calidad
elctrica con un analizador de Energa.
-
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Varios modos de medir la potencia:
Potencia Clsica
Potencia IEEE 1459-2010
Potencia unificada
Medida de Potencia
-
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Originalmente, los mtodos de clculo de lapotencia y energa fueron desarrollados porSteinmetz (1897).
La norma IEEE1459-2010Establece lasdefiniciones para la medida de parmetroselctricos para la medida de la potencia seconvierte en la norma en la Industria.
Tambin incluye las prdidas de energa debido aarmnicos y desequilibriosmedidas por todo el mundo,incluyendo el 430 Serie I
En los ltimos 10 aos los clientes industrialesquieren saber ms acerca de: Calidad elctrica deficiente debido a prdidas de
productividad
En los ltimos 5 aos los clientes demandansaber ms acerca de: Los consumos de Energa
Steinmetz
Medida de Potencia. Historia
Cul es el coste actual de unaCalidad Elctrica deficiente?
-
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Tres fases:
Activa: PT= PA+ PB+ PC
Reactiva QT= QA+ QB+ QC
Aparente: ST= SA+ SB+ SC (aritmtica)
ST= (PT2+ QT
2) (vector)
Potencia Clsica (Steinmetz 1897)
Una potencia reactiva mayor implica quese requiere una mayor potencia por parte
del generador e instalacin (VA)
PotenciaReactiva
(VAR)
PotenciaAparente
(VA)
Potencia activa(Watios)
-
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La Potencia Clsica funciona bien si :
El sistema es senoidal
El contenido de armnicos es despreciable
El desequilibrio es despreciable
Desequilibrio por amplitud
Desequilibrio por desfase
Potencia Clsica (Steinmetz 1897)
-
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Pero, qu sucede si los armnicos y desequilibrios noson despreciables?
Intentos de ampliar o corregir la Potencia Clsica:
Buchholz (1922)
Budeanu (1927)
Fryze (1932)
Depenbrock (1960)
Otros
Potencia Clsica
-
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Medida de los armnicos, THD, FD
Cmo medir las diferenciascon la forma de onda ideal?
Forma de onda distorsionada Senoide ideal
Armnicos
-
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FORMAS DE ONDA
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0 5 10 15 20
TIEMPO
V(RMS)
50 Hz
150 Hz
350 Hz
Suma
Descomposicin Serie de Fourier
Armnicos
-
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Toda funcin peridica se puede descomponer como suma de formasde onda senoidales, cuyas frecuencias son mltiplos enteros de lafrecuencia de la seal analizada.
Componente fundamental. La forma de onda senoidal cuya frecuenciacoincide con la de la seal analizada.
Componentes armnicas.Las formas de onda senoidales resultantescon frecuencias mltiplos enteros de la frecuencia fundamental.
Jean-Baptiste-Joseph Fourier (21 de marzo 1768 Auxerre 16 mayo1830 Pars), matemtico y fsico francs conocido por sus trabajossobre la descomposicin de funciones peridicas en seriestrigonometricas convergentes llamadas series de Fourier.
Descomposicin Serie de Fourier
Armnicos
O h i ?
-
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O que so harmnicos?
Em um sistema de alimentao deCA normal, a tenso varia
sinusoidal Com cargas no lineares, como
retificadores e comutadores, oconsumo de corrente no necessariamente sinusoidal
A forma de onda ento podeser complexa
A forma de onda complexa podeser decomposta em componentessinusoidais individuais
Esses componentes harmnicos
tm impacto sobre motores,transformadores, cabos eoutros componentes eltricos
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1 32 4Orden
armnico
6...
Amplitu
d
5
Fourier
Tbase=20 ms fbase=50 Hz Componentes senoidalesde frecuencia k50
Seal nosenoidal
C1
C3
C2
C4
C5
Descomposicin Serie de Fourier
Armnicos
-
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Descomposicin Serie de Fourier Los armnicos se caracterizan por su orden, su
frecuencia, su secuencia y su fase
La fase de un armnico se puede dar con respecto a la
fase de la componente fundamental de la tensin, o a lafase del armnico de tensin correspondiente (depende
del equipo de medida)
En las instalaciones elctricas generalmente no hay
armnicos pares. Estos armnicos aparecen cuando en
la forma de onda no hay antisimetra (simetra invertida
entre los dos semiciclos de la seal)
Orden
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Frecuencia (Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Secuencia + - 0 + - 0 + - 0
Armnicos
S i d i H i
-
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Sequncia de ensino: Harmnicos
Movimento sinusoidal tambm chamado de"oscilao harmnica"
Um sinal com dois harmnicos obviamente no fornecer "doisvalores" quando medido.
O medidor "v" o resultado final total (somado) do sinal(forma de onda) como podeser visto em laranja
Normalmente, temos um sinal"sujo" nas nossas entradas...
ento quais harmnicosele contm?
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111 121 131 141 151 161 171 181 191 201Volt
50Hz
150HzTotaal
Que harmnicos esto "ocultos" nesse sinal?
-400,0
-300,0
-200,0
-100,0
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265 287 309 331 353
Stroom
Stroom
-400,0
-300,0
-200,0
-100,0
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265 287 309 331 353
Current
1e
3e
5e
7e
Mesmo sinal com TODOS os harmnicos em uma visualizao
Ordem do harmnico
Visualizao em um histograma
60Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
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Amplitud relativa (Uh) de cada armnico con relacin a la tensinfundamental (U1)
Valor rms de cada armnico
Distorsin armnica total1
40
2h
2
h
U
U
THD
Medida de los armnicos, THD, FD
Factor de Distorsin
TotalRMS
h
h
U
U
FD
40
2
2
EVALUACION
Globalmente
Individualmente
Con Uhel valor rms correspondiente al armnico h
Tensin senoidal cuya frecuencia es un mltiplo enterode lafrecuencia fundamental de la tensin de alimentacin
Tensin armnica
Armnicos
-
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Por que se preocupar com desperdcio de harmnicos?
Analisadores de qualidade de energiaexibem um grfico de espectro doscomponentes harmnicos presentes emum sistema, mas o grfico por si s noquantifica a quantidade de energiadesperdiada por harmnicos.
Os harmnicos causam:
Potncia inutilizvel, consumidada companhia de energiaeltrica, mas no convertida emtrabalho real.
Circulao de alta corrente emcondutores neutros
Motores e transformadores ficamquentes, reduzindo a eficincia eencurtando a vida til
Menos eficincia dotransformador, ou se torna
necessria uma unidade maiorpara dar conta dos harmnicos.
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Grado de desequilibro y simetraI1
I2
I3
V1
V2
V3
Desequilibrios entre fases
-
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Grado de desequilibro y simetra
L2L1 L3
120
120
50 Hz
120
- Distinta amplitud
- Desfase distinto de 120 elctricos
Tensiones
desequilibradas
U
L
U
L2
U
L3
L3
L1
Desequilibrios entre fases
-
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120
120
50 Hz
120
U
L
U
L2
U
L3
130
110
50 Hz
120
U
L
U
L2
U
L3
Sistema desequilibradoSistema equilibrado
Grado de desequilibro y simetra
Desequilibrios entre fases
O que desequilbrio de tenso?
-
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120
120
120
A
BB
O desequilbrio uma medio do graude desigualdade entre as tenses da fase.
O desequilbrio de tenso provoca tensosobre cargas trifsicas, levando a umconsumo ineficiente e a uma consequentefalha do dispositivo.
66
O que desequilbrio de tenso?
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Grado de desequilibro y simetra
Cmo medir el desequilibrio de unainstalacin? qu parmetros se debenMEDIR?
+ +
Secuencia positiva
(L1 L2 L3)
Secuencia cero
(L1=L2=L3)
Secuencia negativa
(L1 L3 L2)
Desequilibrios entre fases
-
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Grado de desequilibro y simetra
Grado de desequilibrio pos
neg
dU
U
+ +Udir
Uinv U0
Grado de asimetra
po s
ceroa
U
U
Desequilibrios entre fases
Sequncia de ensino: Desequilbrio
-
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Sequncia de ensino: Desequilbrio
Em um sistema de alimentao sinusoidal equilibrado, astenses neutras-trifsicas so iguais em tamanho e diferem120 graus em fase.
Qualquer diferena que ocorra no tamanhoda tenso e/ouuma mudana de fase afastando-se dos 120 graus faz osistema ficar desequilibrado
Sistema equilibrado Sistema desequilibrado
Va
Va
Va Va Va
Va
Duas definies
1) A NEMA (Associao Nacional dos Fabricantes Eltricos dos EUA) usa a equaoabaixo. Tenses de fase-neutras no devem ser usadas aqui!
2) Teoria dos Componentes Simtricos da IEC. Divide um sistema desequilibrado em
trs sistemas equilibrados, como mostrado abaixo.
69Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
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Grado de desequilibro y simetra
Desequilibrios entre fases. Medida
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Pero, qu sucede si los armnicos y desequilibrios noson despreciables?
P(t) = V(t) * I(t)
V = Vfundamental + V armnicasV fundamental= V sec pos + V sec nega+ V sec cero
I = I fundamental + I armnicas
Ifundamental
= Isec pos
+ Isec nega
+ Isec cero
P = (V sec pos + V sec nega+ V sec cero+ V armnicas)*(I sec pos + I sec
nega+ I sec cero+ IV armnicas) =
Potencia
-
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Originalmente publicada en 2000 :
Presidente: A.E. Emanuel
Actualizado: 2010
Proyecto de Definiciones
estndar para la Medida de las
variables de Potencia Elctrica
bajo situaciones de redes
senoidales, no senoidales,
equilibradas o desequilibradas
Potencia IEEE 1459-2010
-
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Ventajas: Completa
Matemticamente correcta
Desventajas: Muchos parmetros
El significado fsico no siempre es claro
Utiliza un sistema sustitutorio virtual para los
desequilibrios
Demasiado acadmico para un uso prctico
Potencia IEEE 1459-2010
-
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Desarrollada por los profesores Vicente Len y JoaqunMontaana de la Universidad Politcnica de Valencia
Unifica varias teoras de potencia.
(el resultado es compatible con otras teoras p.e. IEEE-1459)
Descompone la Potencia total en componentes fsicas
significativas (medibles con instrumentos fsicos)
Proporciona una visin directa de los problemas de prdida de
energa
Proporciona una visin directa en problemas de desequilibrios
y armnicos
Ms adecuada para Ingenieros y Tcnicos
Potencia Unificada
P i U ifi d
-
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Descomposicin de la potencia total:
u(t) = u+(t) + uU(t) + uH(t)
i(t) = i+(t) + iR(t) + iU(t) + iH(t)
p(t) = u(t).i(t) = pE(t) + pR(t) + pU(t) + pH(t)
activa reactiva desequilibrio armnica
Potencia Unificada
P t i U ifi d
-
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Aspectos bsicos de la potencia unificada:
1 : Solamente la componente fundamental transporta potencia til.
3 : Solamente la componente de secuencia positiva transporta
potencia til.
Solamente la reactiva fundamental es de inters.
Todas las componentes armnicas se agrupan como potencia armnica
PHy se considera como no deseada (prdidas).
Totas las componentes desequilibradas se agrupan como potencia dedesequilibrio PUy se considera como no deseada (prdidas).
Potencia Unificada
M did d P t i C l i
-
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Potencia Clsica: - sencilla pero limitada- compacta- familiar
Potencia IEEE : - completa- extensa- difcil de comprender
Potencia Unificada: - orientada a la aplicacin- razonablemente compacta- ofrece diagnstico
Medida de Potencia. Conclusin
P t i U ifi d
-
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Fluke apoya y adquiere la patente de la Universidad
Politcnica de Valencia
Potencia Unificada
M did d P t i C l i
-
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Medida de Potencia. Conclusin
Exerccio prtico: Calcular o desperdcio
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ROI de corrigir o desequilbrio de tenso em
um motor1. Use um analisador de qualidade de potncia
trifsico para determinar a quantidade dedesequilbrio de tenso
2. (Exemplo: 93%, vs, 94,4 nominal)
3. Calcular o desperdcio de desequilbrio: 9.517 kWh
4. (Hsp x watt/hsp x tempo de operao x % de diferena)
5. Calcular o custo:
6. A $ 0,05 por kWh, economia anual = $ 476/ano
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Exerccio prtico: Calcular o desperdcio
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Onde o restante do desperdcio acontece?
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Onde o restante do desperdcio acontece?
O desperdcio acontece na
transferncia de energia entre ascargas, no cabeamento: Perdas de I2R Primeira lei de Joule
O calor produzido (Q) no condutor que transportacorrente eltrica proporcionado para o
quadrado da corrente (I) multiplicado pelaresistncia (R) do condutor por um tempo (t)
Conforme a resistncia do condutor aumentadevido ao comprimento do condutor, o dimetroou resistividade geral, o calor gerado tambm
aumentar Mensurvel automaticamente pelo Fluke 435-II!
= 2
R =
Em que
R = Resistncia = ResistividadeL = ComprimentoA = rea
Perdas de I2R de cabeamento
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Os harmnicos de corrente gerados pelos transmissores, tenses e correntesdesequilibradas ou dimensionamento inadequado do cabeamento podemresultar em um aumento das perdas de energia ao longo dos cabos quealimentam o transmissor na forma de mais calor, que pode danificar ainstalao e aumentar a conta de luz.
Perdas de I2R de cabeamento
Onde medir com o Fluke 435-II
Transmissor
Motor CargaComutador dedesconexo
T1
T2
T3
L1
L2
L3
L1
L2
L3
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Opes de calculadora automtica
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Opes de calculadora automtica
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Com um Analisador de qualidade de energia Fluke
435, voc pode medir e calcular tanto o consumoquanto o desperdcio simultaneamente.
Voc pode, inclusive, quantificar quanto desperdcioest vindo de cada um dos fatores que revisamosgraas a um algoritmo patenteado chamado
Potncia Unificada.Decomposio da energia total
Tenso: u(t) = u+(t) + uU(t) + uH(t)
Corrente: i(t) = i+(t) + iR(t) + iU(t) + iH(t)
Potncia: p(t) = u(t).i(t) = pE(t) + pR(t) + pU(t) + pH(t)
Efetivo(ativo)
Reativo desequilbrio harmnico
Em queSub U = DesequilbrioSub H = HarmnicosSub R = ReativoSub E = Efetivo
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Calculadora Prdidas de Energa
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Para el clculo de las prdidas resistivasse puede introducir la longitud delcableado as como su seccin.
Se pueden introducir hasta cuatro tarifashorarias diferentes a lo largo del da.
Las prdidas en la instalacin semuestran en diferentes apartados:resistivas, reactivas, armnicos,
desequilibrio y neutro.
g
A calculadora de perda de energia Fluke
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ca cu ado a de pe da de e e g a u e
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Identificar, quantificar e monetizar perdas de energia abrangentes,
incluindo harmnicos, desequilbrio, fator de potncia e cabeamentoKilowatts teis (energia)disponvel
Energia reativa (no usvel)
Potncia associadaa desequilbrio
Potncia associadaa harmnicos
Custo total de kilowatts-hora desperdiados
Corrente neutra
O comprimento e o dimetro do caboso fatorados nos desperdcios acima
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Informacin proporcionada
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Estos cincovalores son
directamentecalculadosde acuerdo aIEEE 1459.
Informacin proporcionada
Informacin proporcionada
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Estos valores segeneran a partir delmtodo dePotencia Unificada
para descubrir lasprdidas deenerga en elsistema.
El mtodo declculo utilizadoest patentado porFluke.
Informacin proporcionada
Informacin proporcionada
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Kilowatios tiles(potencia)disponiblesPotencia Reactiva (notil)
Potencia no tildebida adesequilibriosPotencia no tildebida a armnicos
Kilowatios-horadesperdiciadostotales por ao
Corriente de neutro
Informacin proporcionada
Consumos elctricos
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Fluke 435 SII. Calculadora de Prdidas de Energa
Para el clculo de las prdidas resistivas se puedeintroducir la longitud del cableado as como suseccin o utilizar el modo automtico
Se pueden introducir hasta cuatro tarifas horariasdiferentes a lo largo del da.
Las prdidas en la instalacin se muestran endiferentes apartados: resistivas, reactivas,armnicos, desequilibrio y neutro.
Ineficiencias en el Sistema de Distribucin
Consumos elctricos
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Subestacin en un parque industrial
12.000 Euros de ahorro energtico anual gracias a ajustes enla calidad elctrica
Las medias realizadas en el transformador de la subestacinque alimenta al parque industrial revelaron unas prdidas de
energa de 353.6 kWh/da (valor promedio) debido a potenciareactiva.
Solucin: Instalar rels de control para desconectar elementosde la batera de condensadores durante la noche.
Planta de automviles
42.000 Euros anuales de ahorros en energa Inspecciones en seis reas clave como motores, y montaje
mostraron unas prdidas de energa significativas debido aproblemas de calidad elctrica.
Solucin: Actualizar el transformador e instalarcondensadores y sistemas de regulacin.
Ejemplo de grandes consumidores
Ineficiencias en el Sistema de Distribucin
Consumos elctricos
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1 Ohm
1 Ohm
1 Ohm
L1
L2
L3
N
Sencillo ejemplo de prdidas en un sistema senoidal desequilibrado
1 Ohm
L1
L2
L3
N
1 Ohm 1 Ohm
Corriente por fase = 230 V / 1 Ohm = 230 APrdidas por fase = PL1= PL2 = PL3= I2*R = 2302*R = 52.900*R
Corriente por el neutro = 0 (cargas lineales equilibradas)Kirchhoff law. PN= 0Prdidas totales en los cables =PT Unb= PL1+ PL2 +PL3 +PN= PT Bal= 3 * (I2*R) = 3 * (2302*R) =158.700*R
Corriente L1: 230 V / (1/3 Ohm) = 690 ACorriente fase L2 y L3 = 0 ACorriente N = 690 A
PL1= P = IL12*R = 6902*R = 476.100*RPL2= P = IL22*R = 0PL3= P = IL22*R = 0PN= P = IN2*R = 6902*R = 476.100*RPT Unb = PL1+ PL2 + PL3 + PN = 2*476.100*R = 952.200*R
PT Unb/ PT Bal= 952.200*R / 158.700*R = 6
Las prdidas en el s. desequilibrado son 6 veces superiores a las del s. equilibrado
A) V e I equilibradas A) I desequilibradas
Ineficiencias en el Sistema de Distribucin
Vdeo: Calculadora de perda de energia
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p g
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Identifica perdas de energia e
sua origem junto com cabos Fornece uma monetizaodessas perdas
Fornece os principais pontos dedados para entender o impactogeral dos colaboradores paraperdas de energia
Os dados de perda de energiapodem, ento, ser usados paraavaliar e determinar asprximas etapas
Ajuda a conduzir a empresa reduo de custos e melhoriada eficincia energtica.
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http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/4315151A-430II-EnergyLossCalculatorwiththeFluke430seriesII-ES-LA-1280x720.wmv -
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Sem inrio de energ ia
Subsistema
de processosde produo
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Subsistema de processos de produo
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Infraestrutura do prdio
Subsistema eltrico
Distribuio eltricatrifsica (rede eltrica)
Conta de luz
Infraestruturade distribuioeltrica
Ventilao,aquecimento,resfriamento
Envelope deprdios/edificaes
Iluminao
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Sistemas do processo de produo
Cargas mecnicas Fluxo: Compresso de ar, vapor
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Cargas eletromecnicas
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PQ
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Resistncia do isolamentoe desequilbrio
Temperatura e vibrao
Temp.
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Medies eletromecnicas
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Aspecto Medies
Mecnica Vibrao, temperatura
Eletricidade Desequilbrio de tenso,desequilbrio de corrente,fator de potncia
Manuteno Aterramento, conexes,resistncia do isolamento
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Dicas de priorizao:
1. Pesquisar e documentar quantos motores, em que
idade, potncia e classificaes2. Documentar que cargas tm controles combinando
sada com demanda e quais so operadoscontinuamente ou em um estado rgido
3. Identificar as cargas mais altas e mais crticas
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Preciso da medio de temperatura
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Causas de superaquecimentomecnico
Resfriamento inadequado devido poucacirculao de ar Rolamentos com problemas de lubrificao,
desgaste, tolerncia Alinhamento inadequado Eletricidade
Inspeo trmica de cinco pontos1. Enrolamentos e padro de calor geral2. Caixa de terminaes/disjuntor
aberto, todos os componentes eltricos*3. Acoplamentos/eixos/correias
de transmisso4. Rolamentos, quando no bloqueados por
tampas de cap ou ventiladores(extremidade da transmisso e noextremidade da transmisso)
5. Ventilador de resfriamento por conveco,se estiver presente
* Com a segurana eltrica adequada
Custo do superaquecimento do motor
Aumento sobre a
classificao mximade temperatura
Vida til do
isolamentoReduzida em
+10C (18F) -50%
+20C (36F) -75%
+30C (54F) -88%
97Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
Vdeo: Inspeo do motor em cinco pontos
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Uma nova opo: Termmetro de IR Visual
http://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/4315954-5PointThermalInspection-ES-LA-1280x720.wmvhttp://localhost/var/www/apps/conversion/Videos/4315954-5PointThermalInspection-ES-LA-1280x720.wmv -
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Capacidades do Fluke VT02
A convenincia de um termmetro de IR com avantagem visual de uma cmara termogrfica.
Torna fcil localizar pontos quentes e frios durantea verificao em uma superfcie
Combina imagem digital e infravermelha.
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Custos eletromecnicos da companhiade energia eltrica
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Principais parmetros para economias deenergia eletromecnica: kWh, pico de consumo Questes como fator de potncia ou harmnicos
so importantes, mas podem exigir uma soluode engenharia
Metodologia: Registrar o equipamento grande acargas representativas sobre um ciclo
operacional completo (geralmente, umasemana) Calcular o consumo e o custo dessa unidade
em particular
Mapear o consumo com relao conta de luz
Identificar quaisquer melhorias eficincia da unidade
Manuteno Atualizao
Controles
Identificar qualquer alterao operacional possvel quepossa aproveitar as taxas mais econmicas dacompanhia de energia eltrica
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Calculando o desperdcio eletromecnico
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Use a calculadora de perda de energia paraquantificar o efeito de problemas
eletromecnicos comuns e, ento, faa asaes corretivas com base no ROI.
Conexes com alta resistncia
Sobrecarga ou corrente excessiva
Desequilbrio de fase
Tenso no deacordo com o projeto
Harmnicos
101Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
Desperdcio de atrito eletromecnico
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Ineficincias baseadas em atrito em equipamentoeletromecnico = desperdcio de energia
Alinhamento: Em unidades motrizes de motores, quo bem a linha central de doiseixos acoplados coincide
Rolamentos: Operando a uma eficincia reduzida
Desequilbrio: Ocorre quando o centro da massa no est no centro do "ponto pesado"
Frouxido: Folga excessiva entre peas ou montagens que precisem de aperto
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Desperdcio por atrito: Trmico vs. vibrao
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Ponto em que afalha comea aaparecer
Alteraes no intervalo de P-F de vibrao 1 a 9 meses
Fragmentos de desgaste no intervalo de 1 a 6 meses de P-F de leo
Intervalo de P-F de termografia infravermelha3 a 12 semanas
Intervalo de 5 a 8 semanas de P-F de MP quantitativa
Intervalo de P-F de rudo audvel1 a 4 semanas
Intervalo de 1 a 5 dias de P-F de calorde contato
F
P P1 P2
P3P4
P5
P6
P = Falha em potencial
F = Falha
Quanto mais alm ao longo do caminho, maior o graude consumo excessivo de energia, uma vez que a
unidade compensa para a questo baseada em atrito.
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Estudo de caso:Custo do desequilbrio mecnico
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Empresa:Setor de reciclagem de ao - Alemanha
Aplicao:Ventilador acionado por correia para resfriamento deprocesso, 24 horas por dia, sete dias por semana
Teste:O Fluke 810 detectou um desequilbrio moderado,bem como um mau alinhamento e desgaste dorolamento
Correo:Rebalanceamento
Economia de energia
Motor de 350 kW operando a 80%da potncia nominal.
Potncia medida: ~280 kW
Aps o balanceamento, o consumo
de energia reduziu em 3% Economia de
8,4 kW x 8.760 = 73.584 kWh
A 0,11 euro/kWh, economias anuais:73.584 x 0,11 = 8.094 euros
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Deteco de desperdcio com teste de vibrao
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Capacidades do Testador
de Vibrao Fluke 810 Diagnstico integrado e localizao de falhas mecnicas: rolamentos, frouxido, mau alinhamento,
desbalanceamento e outro (falhas no padro) Escala de gravidade da falha
Leve, moderada, grave e extrema
Recomendaes de reparos priorizadas Os detalhes do diagnstico incluem
picos mencionados e espectros de vibrao Exportao de dados para uma anlise mais detalhada Armazenamento e rastreamento de dados com
software VIEWER
1 2 3
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Exerccio prtico: Teste de vibrao
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Com o Testador de Vibrao Fluke 810e o Medidor de Vibrao 805
Vamos usar um pequeno ventilador abateria porttil para demonstrar como adeteco e a anlise de vibrao podemajudar a detectar o desperdcio de energia.
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Subsistemas do processo: Ar comprimido
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Fontes primrias de desperdcio:Produo excessiva devido distribuio(vazamentos) e uso ineficientes
Ineficincias comuns: Vazamentos, bloqueios, falhas Mau alinhamento do sensor Padres de consumo
Fontes primrias de vazamentos: Vazamentos em mangueiras, conexes,
ferramentas, etc. Falha mecnica de vlvulas, cilindros, etc. Reguladores de presso e sistemas de
coleta de condensado Pontos de drenagem e purga
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Paineleltrico Compressor
Tubulaese vlvulas
Ferramentaspneumticas
Registro Sada depresso Vazamentos Queda depresso
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Sistemas de ar comprimido:pontos de desperdcio
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Vlvula de arSem vedaode tubulao
Regulador edesconexes
rpidas em mscondies
Vlvula de arSem vedaode tubulao
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Ineficincias do ar comprimido
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Fluxo de energia em um compressor
100% de energiaeltrica Energia na forma de arcomprimido: 5%
Perda de energia para resfriamento: 75%
Outras perdas de energia (rudo, radiao, atrito, etc.): 20%
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Somente 5% do total de consumo de energia pelos compressores so convertidosem ar comprimido. Os 95% restantes so transformados em energia mecnica,calor, perda de rudo, etc. Entre 20 e 30% do rendimento de um compressor frequentemente so perdidos por
vazamentos de ar.
Em fbricas com pneumtica, ar comprimido = 10% do total da conta de luz.
As contas de luz podem ser reduzidas em 20 a 40% detectando e vedandovazamentos de ar.
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Medies do ar comprimido
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Unidade Medies
Especificaestrmicas
Tanque, linha, vlvula, vedao,cabea do compressor
Eletricidade Tenso, corrente, kW,
fator de potncia
Diferencial,
presso
Entradas, separadores,
interestgios, atravs decomponentes
Fluxo de ar Consumo de ar durante a operao
vs. carga principal durante perodos
sem produo
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Quantificando o desperdcio de ar comprimido
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Como quantificar o desperdcio1. Registre o consumo de energia cargatotal ao longo de um ciclo de produocompleto - quantifique o custo total eidentifique as horas de operaodesnecessrias
2. Determine os requisitos da demanda3. Verifique o diferencial de presso no
compressor vs. a demanda4. Use um testador ultrassnico para
verificar vazamentos de ar
Meta de economias1. Determinar o menor nvel de presso
possvel exigido para operar oequipamento.
2. Eliminar o excesso de queda de pressoatravs de bancos de filtros ou outroscomponentes que cause um consumo deenergia maior que o normal.
111Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
Estudo de caso: Economias de ar comprimido
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"Identificados 36 vazamentos de ar em apenas uma parte da instalao, seguindo
indicaes de nvel de rudo.
Recomendao: Realizar uma verificao de vazamento completadurante o perodo sem produo."
Instalar solenoides para desligar o ar
quando as mquinas estiverem desligadas:
Economia anual de $ 7.100, aps um
custo de instalao de $ 2.500.
Reparar os 36 vazamentos:
Economia anual de $ 4.800.
Desligamento do compressor no fim
de semana:
Economia anual de $ 32.700.
Instalar filtros no sistema:
Economias anuais de $ 6.000, aps uma
despesa nica de $ 6.000
112Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
Exerccio prtico de custos: Ar comprimido
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Fonte: DOE
Equao de custo(bhp x 0,746 x horas de
operao x $/kWh x % do tempode operao x % da carga totalem bhp), eficincia do motor
SituaoUma instalao tem um compressor
de 200 hp que requer 215 bhh eopera por 6.800 horas anualmente.Ela est totalmente carregada 85%do tempo (eficincia do motor = 0,95)
Determine
Custo quando totalmentecarregado = Custo quando totalmente
carregado = Custo de energia anual =
113Princpios de medio de energia 2013 Fluke Corporation. A modificao ou a reproduo deste documento no permitida sem permisso por escrito da Fluke Corporation.
Ferramentas para identificar equantificar o desperdcio
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Detector de vazamentoUltrassnico Amprobe
ULD-300Ferramenta de nvel de entradapara realizar testes devazamento em tubulaespressurizadas
DDM de RegistroFluke 289 + Mdulo
de Presso PV 350:Mea e registre o diferenciale a queda de presso emsistemas de ar comprimido.
Registrador de energiaFluke 1735
Registre o consumo de energiapor compressor de ar duranteum ciclo completo. Determine ocusto de operar e identifiqueincompatibilidades entreatividade e demanda
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Subsistema do processo: Calor do vapor
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Aquecimento/caldeira
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Pontos de medio por unidade:Isolamento, tubulao/linhas, vlvulas,purgadores, vedaes
gua
Registro
Gs
Caldeira
Eltrica
Bomba VFD
Radiador
Coletor de vaporRetorno decondensao
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Inspeo do sistema a vapor/caldeira
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7/24/2019 Apresentacao Fluke 2013 10 Identificar e Quantificar o Desperdicio de Energia PT
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Por que eu devo me importar?De acordo com o Departamento de Energia dos EUA,
mais de 45% de todo o combustvel queimado pelosfabricantes dos EUA so consumidos para gerar vapor.
Oportunidades de economia?Melhorias do sistema a vapor podem economizar 11% emcustos de combustvel em uma instalao industrial tpica.
A eficincia depende da:
Eficincia do equipamento Quantidade de perdas
por espera paradistribuio incorrida
Remoo de condensado
Pontos de inspeo: Equipamentos Perdas por espera Vazamento de dutos Vazamentos do
envelope de ar Perdas condutivas
do envelope
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Medies do sistema a vapor/caldeira
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Unidade Medies
Caldeira Temperatura, corrente, tenso, fluxo de gua
Painel da fonte de alimentao Tenso, corrente, kW, fator de potncia
VFD ou controlador Corrente, tenso
Bombas e motores de transmisso Temperatura e/ou diferena de temperatura,
corrente, tenso, fluxo de gua
Tubulaes (distribuio),purgadores de vapor
Temperatura e/ou diferena de temperatura
Bombas auxiliares Temperatura, corrente, tenso, fluxo de gua
Torneiras Temperatura
Equipamento de produo Temperatura da gua, do vapor ou dolquido; presso
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Identificao de desperdcio de isolamentode vapor/caldeira
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Falhas de isolamento da caldeira
Problemas de isolamento e vlvula
Vlvulas da caldeira no isoladas
Normal
Mau estado
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Quantificao da perda de calor devidoa isolamento ruim
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Para grandes sistemas de tubulao:Quantos metros ou locais com a tubulaosem isolamento h em toda a unidade fabril?
A perda de calor em superfcie isoladacom uma temperatura de 40C, dimetrodo tubo de 50 mm e espessura deisolamento de 30 mm:
W(1m)=53 W
Perda de calor em superfcie noisolada, 1 m de comprimento,temperatura de superfcie de 80C,dimetro do tubo de 50 mm:
W(1m)=132 W,
2,5 vezes mais do que com isolamento!
Perda de calor em superfcie no isolada,1 m de comprimento, temperatura desuperfcie de 150C, dimetro do tubo de50 mm:
W(1m)=373 W7 vezes mais do que com isolamento!
Como ela funciona
A perda de calor calculada combase na terceira lei de Newton deresfriamento
A perda de calor uma combinaode perdas por conveco eradiao
As perdas da temperatura desuperfcie podem ser calculadasusando
Onde:
ts = temp. da superfcie
ta = temp. ambiente
= emissividade do corpo
= constante deStephen-Boltzmann,5.67*10-8Wm-2K-4
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Estudo de caso: Desperdcio de vapor
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Descobertasda inspeo:
6 purgadores
com falha
Custo de
substituio porpurgador: $500
Economias por
purgador:
$ 3.200
Total deeconomias:
$ 16.200
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Ferramentas para identificar e quantificaro desperdcio
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CmaratermogrficaFluke Ti125:Inspecione a caldeirae o sistema detubulao quanto alacunas no isolamento,bloqueios evazamentos
Testadorde vibraoFluke 810Detecte ediagnostiqueineficinciasmecnicas
Registradorde energiaFluke 1735Registre o suprimentode energia para acaldeira paraquantificar o consumo
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Sem inrio de energ ia
Infraestruturado prdio
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Subsistema de infraestrutura do prdio
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Infraestrutura do prdio
Sistemas do processo de produo
Subsistema eltrico
Distribuio eltricatrifsica (rede eltrica)
Conta de luz
Infraestrutura
de distribuioeltrica
Cargas mecnicas Fluxo: Compresso de ar, vapor
Ventilao,aquecimento,resfriamento
Envelope deprdios/edificaes
Iluminao
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Infraestrutura do prdio: Ventilao
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Registra
HVAC
Suprimentode ar
BombaVFD
Distribuio
eltrica
Fuga
Retorno de ar
Janelas,portas,
paredes,telhado
Temperaturae fluxo de ar% do ar externo,
inspeo do filtro
Registrar o consumo
de energia
Temperaturae vibrao
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Oportunidades de economia de ventilao
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Temp. eumidade
Nveis doar externo
Fluxode ar
Demandaeltrica
Recalibrar termostatos
Implementar atrasos
Otimizar a ventilao
Volumeconstante/varivel
Transmisses de
velocidade varivelVentiladores detamanho adequado
1. Adicionartransmisses develocidade varivelpara cargas grandes:reduz a energia emquase 50%!
2. Otimizar, atualizar ouaperfeioar o sistemade AVAC: Novossistemas usam de 30a 60% menoseletricidade!
3. Ventiladores dotamanho certo: 60%
dos ventiladores deprdios sosuperdimensionados!
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Medies do envelope e ventilao
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Unidade Medies
Suprimento de ar CO2 , % do ar externo, fluxo de ar
Painel da fonte de alimentao Tenso, corrente, kW, fator de potncia
Ventiladores, manuseamento dear e motores
Temperatura, vibrao, corrente, tenso
Dutos (distribuio) Temperatura, presso: vazamentos de ar
Registra Temperatura, fluxo de arTermostatos e sensores Temperatura comparativa
Envelope do prdio(paredes, telhado, portas, janelas)
Vazamento de ar, diferenas de
temperatura comparativas, diferena
de temperatura
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Quantificar o custo eltrico da ventilao
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1. Trace o perfil do seu sistema de AVAC
2. Registre o consumo de energia na fonte de
alimentao, bem como grandes cargas, paraque possa quantificar custos e economiasespecficos
3. Avalie a presena de energia desperdiada(fator de potncia, harmnicos, desequilbrio)
4. Verifique encargos de pico de consumo e
identifique questes de horrio deuso/programao de taxa mais alta tantosemanal quanto sazonalmente
5. Inspecione termicamente todos osequipamentos eltricos e eletromecnicos
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Estudos de caso: Pontos de ajuste e telhados
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Incrustao 4 CT
Escala 106 CTResultados da auditoria de pontode ajuste:
O ponto de ajuste do local de 21C 27 unidades de AVAC
Proposta:
Trocar as 17 unidades de AVACpara 23C
Econ