Desagregação dos consumos de electricidade do edifício das Piscinas

Neste Diagnóstico Energético, o objectivo é contabilizar o consumo total de electricidade apenas do edifício das Piscinas. Como se referiu anteriormente, os valores de consumo de electricidade considerados até ao momento correspondem ao consumo total do estabelecimento de ensino.

Assim, efectuou-se a montagem de um analisador de energia, no Quadro Geral de Baixa Tensão (QGBT) do edifício das Piscinas. Deste modo, foi possível recolher dados relativos aos consumos de electricidade, por fase, apenas para este edifício, conseguindo a desagregação pretendida.

Serviços de Energia Aplicados à Cogeração _{I 163}163 O raciocínio utilizado para determinar o valor do consumo de electricidade, no edifício das Piscinas, durante um ano, foi o seguinte:

�. Determinar o consumo total de electricidade do estabelecimento de ensino, no último ano lectivo (últimos doze meses), pela análise das respectivas facturas;

2. Através dos dados recolhidos com o analisador de energia, definir a energia activa consumida apenas pelo edifício das Piscinas, durante o período de medição – soma da energia activa nas três fases;

3. A partir do valor de energia activa consumida durante o período de medição, estimar o consumo total anual do edifício das Piscinas;

4. Verificar qual o peso deste valor no consumo global do estabelecimento de ensino, determinado no ponto �.

Nas tabelas seguintes, encontram-se os valores que resultaram do raciocínio exposto. Tabela 7.7: Valor total de energia eléctrica consumida, no último ano, no estabelecimento de ensino

Ponto 1 Valor

Valor Total de Electricidade (kWh) �.��0�.�9�,00

Tabela 7.9: Valor total estimado de energia eléctrica consumida, no último ano, no edifício das Piscinas

Ponto 4 Valor (kWh) Percentagem (%)

Valor Total de Electricidade para o Complexo do Colégio Liceal �.��0�.�9�,00 �00 Valor Total de Electricidade para o Edifício das Piscinas 791.205,63 65,86

Tabela 7.10: Peso absoluto e relativo da energia eléctrica consumida, no último ano, no edifício das Piscinas

Ponto 3 Valor (kWh) Período (anos)

Energia Activa (Electricidade) Consumida

24.476,80 0,0�

791.205,63 �

Tabela 7.8: Valor medido, por fase e total, de energia eléctrica consumida no edifício das Piscinas

Ponto 2 Valor

Período de Medição (anos) 0,03 anos (16-09-2009 a 27-09-2009)

Energia Activa (Electricidade) Consumida durante o período de medição (kWh)

Fase R Fase S Fase T _{(3 Fases)}Total 8.024,52 8.062,28 8.�90,00 24.476,80

Conclui-se que o edifício das Piscinas, no que diz respeito ao consumo de energia eléctrica, possui um peso muito significativo, representando aproximadamente 2/3 do consumo de todo o complexo.

164164 _{I Serviços de Energia Aplicados à Cogeração}

7.1.4 Caracterização da energia

Para realizar este Diagnóstico Energético, efectuou-se a montagem de um analisador de energia e foram registados os diagramas de carga globais da instalação do edifício das Piscinas (Figura 7.�7).

Os dados obtidos permitiram comparar o consumo parcial do edifício das Piscinas com o consumo total do estabelecimento de ensino.

De seguida, apresentam-se os diagramas obtidos através do analisador de energia. Saliente- se que o factor de potência máximo variou entre 0,76 e 0,9.

Num sistema eléctrico perfeitamente equilibrado, a corrente que circula no neutro é nula. No entanto, esta situação pode considerar-se impossível na prática pois as diferenças de cargas entre as fases provocam o aparecimento ou retorno de corrente eléctrica pelo cabo de neutro.

Figura 7.17: Montagem do analisador de energia no Quadro Geral do edifício das Piscinas

Figura 7.18: Diagramas de Potência Activa Máxima, Potência Reactiva Máxima e Factor de Potência Máximo (por fase e total) - edifício das Piscinas

Serviços de Energia Aplicados à Cogeração _{I 165}165 Pelos dados obtidos, durante as medições, observou-se que o sistema não está de facto completamente equilibrado, isto é, as cargas monofásicas não estão perfeitamente distribuídas pelas respectivas fases. Este facto origina então uma corrente de neutro elevada, o que é prejudicial para a instalação em causa.

A má distribuição das cargas monofásicas num sistema trifásico não é o único factor responsável pelo aparecimento de uma corrente de neutro elevada. Para tal, também contribui a circulação de termos harmónicos.

Com o desenvolvimento da electrónica de potência, os equipamentos ligados aos sistemas eléctricos evoluíram em rendimento, controlabilidade e custo, permitindo ainda a execução de tarefas que não eram possíveis anteriormente. Contudo, estes equipamentos têm a desvantagem de não funcionarem como cargas lineares, consumindo correntes não sinusoidais. Assim, quando existem cargas não lineares ligadas à rede eléctrica, a corrente que circula nas linhas contém harmónicos e as quedas de tensão provocadas pelos harmónicos nas impedâncias das linhas fazem com que as tensões de alimentação sejam também distorcidas.

Este fenómeno denomina-se por Distorção Harmónica. A distorção harmónica total (THD) da tensão está a crescer a uma taxa de 1%, a cada 10 anos. O termo harmónico mais significativo é a quinto, sendo os terceiro e múltiplos deste também importantes. Quando se está na presença de regimes TN, tal como sucede com o edifício das Piscinas, o problema pode ter outras implicações pela circulação, em regime permanente, de correntes elevadas nos condutores de protecção, destruindo as equipotencialidades e provocando aquecimentos não esperados.

No geral, a presença de harmónicos nos sistemas de potência resulta num aumento das perdas relacionadas com o transporte e distribuição de energia eléctrica, em problemas de interferências com sistemas de comunicação e na degradação do funcionamento da maior parte dos equipamentos ligados à rede, sobretudo daqueles que são mais sensíveis por incluírem sistemas de controlo microelectrónicos, que operam com níveis de energia muito baixos, cada vez em maior número.

Figura 7.19: Diagramas de distorção harmónica na Corrente e na Tensão para as três fases e Neutro - edifício das Piscinas

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Estes fenómenos são responsáveis pelo aquecimento excessivo do condutor do neutro devido ao aparecimento de correntes elevadas neste condutor. A figura seguinte ilustra estas evidências.

Contudo, existem outros problemas de qualidade de energia que preocupam. Nesta instalação, verificou-se também a existência de fenómenos de flutuação da tensão, vulgarmente designados por Flicker. Estes acontecem devido a variações intermitentes de certas cargas, causando flutuações nas tensões de alimentação, que se traduzem, por exemplo, em oscilações na intensidade da iluminação eléctrica.

Identificaram-se, ainda, cavas de tensão (Figuras 7.22 e 7.23). Estas ocorrem quando se verifica uma diminuição brusca da tensão para valores entre 90% e 1% do valor nominal. A maior parte das cavas de tensão dura menos de 1 minuto e tem uma amplitude inferior a 60%.

As causas mais frequentes para este fenómeno são os defeitos e as manobras na rede, as anomalias nas instalações dos consumidores e a conexão/desconexão de cargas importantes.

Figura 7.20: Diagramas da Intensidade de Corrente no Neutro - edifício das Piscinas

Serviços de Energia Aplicados à Cogeração _{I 167}167 Os prejuízos económicos resultantes destes e de outros problemas dos sistemas eléctricos são muito elevados e, assim, a questão da qualidade da energia eléctrica é hoje, mais do que nunca, objecto de grande preocupação.

De entre os problemas de qualidade de energia, a interrupção do fornecimento é, incontestavelmente, o mais grave pois afecta todos os equipamentos ligados à rede

eléctrica, à excepção daqueles que são alimentados por UPS´s (Uninterruptable Power Supplies – sistemas de alimentação ininterrupta) ou por geradores de emergência.

Figura 7.22: Diagramas da Tensão na fase S - edifício das Piscinas

168168 _{I Serviços de Energia Aplicados à Cogeração} 7.1.4.2 Calor

7.1.4.2.1 Permutadores de calor

Nesta instalação, existem dois permutadores de calor - um para o circuito do tanque maior (piscina grande) e outro para o circuito do tanque mais pequeno (piscina pequena). São permutadores fechados, também designados por recuperadores. Neste tipo de permutadores, o fluído quente e o fluído frio não entram em contacto um com o outro, estando separados por uma superfície separadora (parede).

Assim, a transferência de energia dá-se por convecção de um dos fluidos para a parede, por condução através da parede e, finalmente, por convecção, da parede para o segundo fluído.

Colocaram-se sondas térmicas, em cada um dos permutadores, de acordo com os esquemas apresentados de seguida.

De seguida, apresenta-se o gráfico da sonda térmica T2, que contém o registo de diferentes temperaturas, ao longo do período de medição.

Figura 7.24: Esquema do permutador de calor do tanque grande (as caixas laranja repre- sentam as sondas térmicas colocadas no permutador)

Figura 7.25: Esquema do permutador de calor do tanque pequeno (as caixas laranja repre- sentam as sondas térmicas colocadas no permutador)