ACULDADE D E E NGENHARIA DA U NIVERSIDADE DO P ORTO FACULDADE
Eficiência Energética na Escola Secundária Filipa de Vilhena Telma Patrícia dos Santos Borges Martins PRECIAÇÃO POR J ÚR I PAR A A PRECIAÇÃO
Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Orientador: António Carlos Sepúlveda Machado e Moura (Prof. Dr.) Co-orientador: Fernando Ramos (Eng.o )
20 de Janeiro de 2017
c Telma Patrícia dos Santos Borges Martins, 2017
Resumo Nos últimos anos, é crescente a preocupação com o ambiente, sendo imprescindível reduzir o consumo de energias provenientes de combustíveis fósseis e, consequentemente, diminuir as emissões de CO2 e outros gases nocivos ao meio. Esta dissertação tem como objetivo basilar o estudo da eficiência energética da Escola Secundária Filipa de Vilhena, com o intuito de perceber até que ponto é possível a sua maximização, contribuindo, não só para uma poupança anual no valor da fatura energética, mas também para o uso racional da energia e para o desenvolvimento sustentável do planeta. Assim, são abordadas as áreas da iluminação, tarifários, aquecimento, arrefecimento e ventilação (AVAC), qualidade de energia, sendo também estudada a possibilidade de instalar painéis fotovoltaicos com o intuito de se reduzir o consumo de energia da rede. Inicialmente, é feita uma revisão bibliográfica sobre as áreas-alvo anteriormente mencionadas, onde são referidos conceitos importantes à sua compreensão. De seguida, é apresentado o caso de estudo, onde é possível possível perceber que existem diversas diversas medidas que devem devem ser tomadas. tomadas. Propõese efetuar pequenas alterações, consideradas benéficas para o edifício escolar, nomeadamente no sistema tarifário e na iluminação, capazes de originar poupanças anuais consideráveis. Apresentase ainda, o projeto fotovoltaic fotovoltaicoo e o estudo da qualidade qualidade da energia energia da instalação. instalação. Por fim, faz-se uma análise aos equipamentos equ ipamentos de AVAC disponíveis.
E nergética, Edifício Escolar, Iluminação, Sistema TarifáPalavras-Chave: AVAC, Eficiência Energética, rio de Eletricidade, Projeto fotovoltaico, Qualidade de Energia Elétrica
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Abstract In these last years, it is growing the concern for the environment. It is imperative to reduce the energy consumption of fossil fuels and consequently decrease the CO2 emissions and other harmful gases to the planet. This dissertation aims at basing the study of the Secondary School Filipa de Vilhena’s energy efficienc efficiencyy. We will try to understand if it is possible to extent extent its maximization maximization,, contributing contributing not only to an annual assessment, assessment, but also to the rational use of energy energy and to a sustainable sustainable developdevelopment. With With this purpose, purpose, areas such as lighting, lighting, tariffs, Heating, ventilation ventilation and air conditioning conditioning (HVAC) and energy quality are addressed. Finally, we will study the possibility of installing photovoltaic panels, in order to reduce the energy consumption from the grid. Initially, a bibliographical review is made. We will focus on understanding the basic concepts underlyi underlying ng the energy energy areas areas mentioned mentioned above. above. Next, Next, the case study is present presented ed and we will point out suggestions suggestions that should be taken. It is proposed to make small changes, changes, beneficial to the building, building, in its tariff system and lighting that can result in considerable considerable annual savings. savings. The photovoltaic project and the study of the installation’s energy quality are also presented. Finally, it is made an analysis of the HVAC equipment available.
Keywords: Electricity Tariff System, Electric Power Quality, Energy Efficiency, HVAC, Lighting, Photovoltaic Project, School Building
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Agradecimentos Em primeiro lugar, agradeço ao meu orientador, Professor Machado e Moura, não só pela oportunidade concedida e contribuição para o sucesso da minha etapa final enquanto estudante, mas, também por todos os ensinamentos que me transmitiu durante o curso, que me fizeram evoluir enquanto futura engenheira e, ainda mais importante, enquanto ser humano. É, sem dúvida alguma, um exemplo a seguir, que contagia todos os que tiveram o prazer de o conhecer. Em segundo lugar, agradeço ao Engenheiro Fernando Ramos, que me possibilitou estudar um tema na área de que mais gosto, em ambiente empresarial empresarial.. Obrigada Obrigada por me ter aberto as portas e por, dentro delas, me ter prestado todo o apoio necessário. necessário. Foram meses de muito trabalho que me permitiram aprender muito e me deixaram ansiosa por novos desafios e projetos. Aos que dividiram dias de trabalho comigo na MANVIA, em especial aos Engenheiros Tiago Fernandes e Nuno Pereira e ao João Antunes os quais, humildemente, me ensinaram muito e ajudaram a ultrapassar obstáculos que foram aparecendo. À direção da Escola Secundária Filipa de Vilhena, por me acolher sempre que necessitei e me disponibilizar o material necessário para a realização desta dissertação. A todos os amigos, em especial à Vera Santos, que me apoiam diariamente e contribuem para o meu crescimento enquanto pessoa. À minha ”tia” Cristina, pelas novas perspetivas que me dá do mundo, e das pessoas, e pelo apoio prestado neste meu pequeno percurso. A todos, o meu Muito Obrigada!
Telma Martins
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“A human being should be able to change a diaper, plan an inv invasion, asion, butcher a hog, conn a ship, design a building, write a sonnet, balance accounts, build a wall, set a bone,comfort bone,comfort the dying, take orders, give orders, cooperate, act alone, solve equations, analyze a new problem, pitch manure, program a computer, cook a tasty meal, fight efficiently, and die gallantly. Specialization is for insects.”
Robert Heinlein
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Conteúdo 1 Intr Introd oduç ução ão 1.1 1.1 Moti Motivvaçã ação e Obje bjeti tivvos da Disse issert rtaç ação ão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Estrutura da Dissertação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 MANVIA MANVIA-Man -Manute utençã nçãoo e Exploraç Exploração ão de Instala Instalaçõe çõess e Construç Construção ão . . . . . . . . 2 Eficiência Eficiência Energ Energética ética e o Setor Setor Elétri Elétrico co Portu Português guês 2.1 Fases de uma Auditori oria Ene Energética . . . . . . . 2.2 Redução da Fatura Energética . . . . . . . . . 2.2. 2.2.11 Anál nálise da Fatura Ene Energética . . . . . . 2.2.2 Energia Reativa . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Setor Elétrico Português . . . . . . . . 2.2.4 Eficiência Energética . . . . . . . . . .
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9 9 10 10 10 13 15
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17 17 19 20 20 21 22 26 26 27 27 28 28 28 29
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5 Sistemas Sistemas Fotovo Fotovoltaic ltaicos os 5.1 5.1 Cara Caract cter eriz izaç ação ão dos dos Si Sist stem emas as Foto Fotovo volt ltai aico coss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Painéis Fotovoltaicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3 Ilum Ilumin inaç ação ão 3.1 Carac racterísticas das das Lâmp Lâmpaadas . . . . . . . 3.2 Ilu Iluminânc nânciia e Ilu Iluminânc nânciia Média . . . . . 3.3 Tipos de Lâmpadas . . . . . . . . . . . . 3.3. 3.3.11 Lâmpada padass de Inca ncandesc descêência . . . 3.3.2 Lâmpadas de Halogéneo . . . . . 3.3.3 Lâmpadas de Descarga . . . . . . 3.3.4 Lâmpada Fluorescente . . . . . . 3.3. 3.3.55 Lâmpada pada Fluore orescente nte Comp mpaacta 3.3. 3.3.66 LED: ED: Díodos Emi Emissor sores de Luz . 3.4 Luminárias . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Sistemas de Gestão de Ilu Iluminaç nação . . . . 3.5.1 Gestão por Sistema Horário . . . 3.5. 3.5.22 Gestão por Deteção Automát mática . 3.6 Equipamentos Auxiliares . . . . . . . . . 4 AVAC 4.1 4.1 Cara Caract cter eriz izaç ação ão dos dos sist sisteemas mas de AVAC 4.1.1 Sistemas ”Tudo-Ar” . . . . . 4.1.2 Sistemas ”Tudo-Água” . . . . 4.1.3 Sistemas ”Ar-Água” . . . . .
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5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 5.1. 5.1.66 5.1.7 5.1. 5.1.88
Bateria . . . . . . . . . . . . Regulador de Carga . . . . . . Controlador de Carga . . . . . Inversor . . . . . . . . . . . . Condu ndutore ores e Cabos Elé Elétricos Quadros Elétricos . . . . . . . Disposit sitivos de Prote oteção . . .
CONTEÚDO . . . . . . .
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40 40 40 40 40 41 41
6 Plano de Promoção Promoção da Eficiência Eficiência no Consumo de Energia Energia Elétrica Elétrica
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7 Qualid Qualidade ade da Energ Energia ia 7.1 Desequilíbrio de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Cavas (ocos) de tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 7.3 Varia ariaçõ ções es rápid rápidas as e cícl cíclic icas as de tens tensão ão (efei (efeito to “flic “flicke ker” r”)) . . 7.4 7.4 Osci Oscila laçções ões e varia ariaçções ões de freq frequê uênc ncia ia . . . . . . . . . . . . 7.5 Sobretensões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 7.6 Dist Distorç orção ão da onda onda de tens tensão ão pela pela prese presenç nçaa de Harmó Harmónic nicos os
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45 45 46 47 47 47 48
8 Caso Caso de Estu Estudo do 8.1 Análise do Tarifário . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Iluminação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 8.2.1 Qualid Qualidade ade da Ilumina Iluminação ção Atual Atual e Possíve Possívell Reduçã Reduçãoo de Pot Potênc ência ia . . . . . 8.2. 8.2.22 Troc Trocaa das das Lâmpa Lâmpada dass Exist Existen ente tess por Lâmpa Lâmpada dass LED . . . . . . . . . . . . 8.3 Qualidade da Energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Poluição Harmónica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.2 Tensão nas Fases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3 Frequência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.4 Energia Reativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3. 8.3.55 Equi Equilí líbr brio io da Tensã ensãoo e da Corr Corren ente te nas nas 3 Fase Fasess . . . . . . . . . . . . . . 8.4 8.4 Proj rojeto Painéi néis Fotovoltaicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.11 Painel nel Solar a Imple plement mentaar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2 Sombreamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.33 Confi Configu gura raçção de pain painéi éiss no Telha elhado do . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.4 Inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.5 Número máximo e mínimo de painéis painéis por string . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.66 Núme Número ro máxi máximo mo de fil fileeiras iras em para parale lelo lo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.77 Dimensioname nament ntoo dos Inv Inverso rsores res . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.88 Dime Dimens nsio iona name ment ntoo dos dos cabo caboss e prot proteeções ções . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.99 Somb Sombre ream amen ento to e entr entree Fi Fila lass Paral aralel elas as de Pain Painéi éiss . . . . . . . . . . . . . 8.4.10 8.4.10 Configura Configuração ção de painéi painéiss na cobertu cobertura ra do Campo Campo de Jogos Jogos . . . . . . . . . 8.4.11 Inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.12 Número máximo e mínimo de painéis painéis por string . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.13 13 Dime Dimens nsio iona name ment ntoo dos dos Inv Inversor rsores es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.14 14 Dime Dimens nsio iona name ment ntoo dos dos cabo caboss e prot proteç eçõe õess . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.15 15 Anál Anális isee Econ Económ ómic icaa e Cons Consid ider eraç açõe õess Gera Gerais is . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4. 8.4.16 16 Conc Conclu lusã sãoo Regi Regime mess UP UPP P e UP UPA AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Sistemas AVAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5.1 Equipamentos AVAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49 53 55 56 67 69 70 75 75 75 76 77 79 79 79 80 80 81 81 82 90 91 91 92 92 93 95 98 99 99
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CONTEÚDO
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9 Conclusões Conclusões e Trabalho rabalho Futuro Futuro 103 9.1 Conclusão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 9.2 Satisfação dos Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 9.3 Trabalho Futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 A Caracteri Caracterizaçã zaçãoo Espaços Espaços da Escola Escola
107
B Tarifár arifário io
113
C Certificados de Calibração do Luxímetro Luxímetro e do Analisador de Redes
115
D Equipamentos - Sistema Fotovoltaico Fotovoltaico
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Referências
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CONTEÚDO
Lista de Figuras 1.1 Histórico Mensal da Evolução Evolução da Temperatura Terrestre, Terrestre, segundo dados da NASA GISS e NOAA NCEI [1 [ 1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Consumo e energi energiaa primária primária em Portugal Portugal (ktep) [2] . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Taxa de de dependênc dependência ia energé energética tica em Portugal Portugal [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Consumo total de energia energia por setor de atividade atividade [2] . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 Logótipo da empresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 2 3 4 6
2.1 Energia Energia Reativa: Reativa: Esquema exemplifica exemplificativ tivoo [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Fat Fator or de de Potên Potência cia em funçã funçãoo de ϕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Compensação Compensação Global Global (à esquerda), esquerda), Parcial Parcial (ao (ao centro) centro) e Local (à direita) direita) [3] . . .
11 12 13
3.1 3.2 3.3 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11
Distinção difere ferent ntees tipos pos de cor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . índice índi ce de Restit Restituiç uição ão de Cor típi típico co para diferen diferentes tes tipos tipos de lâmpad lâmpadas as Dist Distin inçã çãoo entre ntre Lumi Luminâ nânc ncia ia e Ilum Ilumin inân ânci ciaa . . . . . . . . . . . . . . Lâmpada Lâmpada de Halogén Halogéneo eo [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lâmpada de Luz Mista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lâmpada de Vapor Vapor de Sódio Sódio de Alta Pressão Pressão [5 [5] . . . . . . . . . . . Lâmpada de Vapor Vapor de de Mercúrio Mercúrio de Alta Pressão Pressão [6 [6] . . . . . . . . . Lâmpada de Vapor Vapor de de Mercúrio Mercúrio de Iodetos Metálicos Metálicos [6 [6] . . . . . . Lâmpada de Vapor Vapor de Sódio Sódio de Baixa Pressão Pressão [6 [6] . . . . . . . . . . Lâmpada Fluorescente Fluorescente [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Esquema do Posiocion Posiocionamento amento do Balastro Balastro [7 [7] . . . . . . . . . . . .
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18 19 19 21 22 23 23 24 25 26 29
4.1 4.2 4.2 4.3 4.4
Caldeira Caldeira (à esquerda) esquerda) e Chiller Chiller (à direita direita)) da Escola Secundária Secundária Filipa Filipa de Vilhena Vilhena UTA UTA-Esc -Escol olaa Sec Secundá undári riaa Fi Fili lipa pa de Vil ilhe hena na . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema ”multi-split” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VAV (à (à esquerda esquerda), ), Ventilo entilocon convec vector tor (ao centro) centro) e UTA UTA (à direita direita)) . . . . . . . . .
32 33 33 35
5.1 Exemplo Exemplo esquemático esquemático de Sistema Sistema PV ligado ligado à rede (à esquerda), esquerda), autónomo autónomo (ao centro) e híbrido (à direita) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 String de Painéis Fotovoltaicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38 39
6.1 Modelo de etiqueta etiqueta energéti energética ca de uma lâmpada lâmpada (à esquerda) esquerda) e de uma luminária luminária (à direita) [ [8 [8] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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7.1 Exemplo Exemplo de uma Cava Cava de Tensão [ ensão [99] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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8.1 Ene Energia Ativa Consum sumida pela Esc Escola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Sal Salaa de Aula Aula desenha desenhada da no DIALux (à esquerda) vs. Sala de Aula Real (à direita) 8.3 8.3 Cont Contro rolo lo da Ilum Ilumin inaç ação ão no Bloc Bloco/ o/Co Corp rpoo B, piso piso -1 . . . . . . . . . . . . . . . .
54 57 58
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LISTA DE FIGURAS 8.4 8.4 8.5 8.6 8.7
Cont Contro rolo lo da Ilum Ilumin inaç ação ão no Bloc Bloco/ o/Co Corp rpoo C, piso piso 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . Escala de cores cores usada usada nas nas figuras figuras deste deste sub-capítulo sub-capítulo,, via DIALux . . . . . . . . . Distrib Distribuiç uição ão dos Valores alores de Iluminâ Iluminânci nciaa na na Cant Cantina ina para para o caso caso A Atual Atual . . . . . Distribuição dos Valores de Iluminância na Cantina para o caso B Atual - Legenda 8.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.8 Escala Escala de cores, cores, via DIALux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.9 Arquivo Arquivo Geral Geral desenhado desenhado em 3D no DIALux - Legenda Legenda 8.11 . . . . . . . . . . 8.10 Distribuição da Iluminância no Laboratório de Química . . . . . . . . . . . . . . 8.11 Escala de cores, cores, via via DIALux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.12 Distribuição da Iluminância média atual numa Sala de Aula (visualização (visualização em 3D) 8.13 Indicação Lâmpadas a Desligar - A222 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14 Conexão Conexão do Equipamento Equipamento a um sistema trifásico trifásico com neutro [10 10]] . . . . . . . . 8.15 TDH QGBT QGBT (à esquerda), esquerda), Corte Geral Geral (ao (ao centro) centro) e Quadro Quadro Parcial Parcial (à direita) direita) . . 8.16 Harmóni Harmónicos cos de Tensão Tensão de ordem 3 (à esquerda esquerda), ), 5 (ao centro) centro) e 7 (à direit direita) a) QGBT (em cima), Corte Geral (no meio) e QBP 1.1 (em baixo) - (3 Fases) . . . . 8.17 Harmónicos Harmónicos de Corrente de ordem ordem 3 (à esquerda), 5 (ao centro) e 7 (à direita) QGBT (em cima), Corte Geral (no meio) meio) e QBP 1.1 (em baixo) baixo) (3 Fases) Fases) . . . . 8.18 TDHi no QGBT (à esquerda), esquerda), no Corte Geral (ao (ao centro) e no QBP 1.1 (à direita) 8.19 Filtro Ativo Paralelo: Esquema de funcionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.20 Filtro Ativ Ativoo Paralelo: Paralelo: Princípio Princípio de funciona funcionamento mento [11 11]] [12 12]] . . . . . . . . . . . 8.21 Tensão QGBT (à esquerda esquerda), ), Corte Corte Geral (ao centro) centro) e QBP 1.1 (à direita direita)) . . . . 8.22 8.22 Freq Frequê uênc ncia ia do QGBT QGBT (a cinz cinzen ento to), ), do Cort Cortee Gera Gerall (a azul azul)) e do QBP QBP 1.1 1.1 (a verm vermel elho ho)) 8.23 Fator de Potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.24 Corrente (3 fases) fases) no QGBT (à esquerda), esquerda), Corte Geral (ao centro) centro) e QBP 1.1 (à direita) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.25 Espaço disponív disponível el para instalação instalação dos dos Painéis Painéis (a amarelo), amarelo), via Google Maps . . . 8.26 Irradiação no local da instalação para o ângulo/azimute ótimos (à esquerda) e para um ângulo de 26o (à direita) (Gráficos obtidos pelo PVGIS) . . . . . . . . . . . . 8.27 Configuração Configuração das strings no telhado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.28 Fusível-Hager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.29 8.29 Cort Cortaa-ccircu ircuit itos os port portaa fusí fusíve veis is-H -Haager ger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.30 Interruptor-Hager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.31 Quadro 52-C4 do RTIEBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.32 Esquema Geral Geral de ligaçã ligação, o, via Sunny Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.33 Dimensionamen Dimensionamento to Cabos CC, CC, via Sunny Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.34 Dimensionamento Cabos LV1 LV1 (Cabos AC do inversor para o QE), via Sunny Design 8.35 Dimensionamento Cabos LV2 LV2 (Cabo AC AC do QE para o QGBT), via Sunny Design 8.36 8.36 Inte Interr rrup upto torr AC tetr tetraapola polarr 125A 125A - Hage Hagerr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.37 Disjuntor 50 A - Hager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.38 Irradiação Irradiação no local da instalação instalação para o ângulo/azimut ângulo/azimutee ótimos (Gráfico obtido pelo PVGIS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.39 Dimensionamen Dimensionamento to para inversor inversor de 15kW (à esquerda) e de 20kW (direita) (direita) via Sunny Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.40 Configuração Configuração das strings na cobertura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.41 8.41 Vi Via Quadr uadroo 52-C 2-C30 do RTIEB TIEBT T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8.42 8.42 Rend Rendiimento Ene Energético por por mês mês . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.43 8.43 Pou Poupa panc ncaa Efeti Efetiva va obti obtida da com com o Si Sist stem emaa Foto Fotovo volt ltai aico co . . . . . . . . . . . . . . . 8.44 8.44 Comp Compaaraçã raçãoo Regi Regime me UP UPP P e Regi Regime me UPAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58 59 59 60 60 61 63 63 63 67 69 70 71 73 73 74 74 75 75 76 77 78 78 82 84 84 85 86 87 87 87 87 88 89 90 92 92 94 97 97 99
LISTA DE FIGURAS
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8.45 Esquema da Caldeira presente na Escola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 8.46 Esquema da UTA Administração . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 8.47 Esquema da UTA Aulas A3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 A.1 Estudo Redução de Potência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 B.1 Tarifário ENDESA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 D.1 D.1 Pre Preço Cabo Caboss- Via Catá Catálo logo go Cabe Cabelt ltee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D.2 D.2 Cara Caract cter erís ísti tica cass Fusí Fusívvel LF31 LF315P 5PV V- Hage Hagerr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D.3 Componentes Componentes PV PV:: Caracterí Característica sticass Corta-Circ Corta-Circuitos uitos p.Fusíveis p.Fusíveis L501PV - Hager Hager . . D.4 Componentes Componentes PV PV:: Característi Características cas Vector estanque estanque 36M VE312SNVE312SN- Hager . . . . D.5 Componentes Componentes PV PV:: Caracterí Característica sticass Vector Vector estanque estanque 8/10M 8/10M VE110SNVE110SN- Hager Hager . . . D.6 Componen Componentes tes PV PV:: Caract Caracterís erístic ticas as Interrup Interruptor tor SB432PV SB432PV-- Hager Hager . . . . . . . . . . D.7 Componentes Componentes PV PV:: Característi Características cas Interruptor Interruptor Diferencial Diferencial CDC463ACDC463A- Hager . . . D.8 D.8 Compon Componen ente tess PV PV:: Carac Caracte terís rísti tica cass Inter Interrup rupto torr HA451 HA451-- Hage Hagerr . . . . . . . . . . . D.9 D.9 Compon Componen ente tess PV PV:: Carac Caracte terís rísti tica cass Disj Disjun untor tor HMX4 HMX450 50 - Hage Hagerr . . . . . . . . . . D.10 D.10 Compon Component entes es PV PV:: Caract Caracterís erístic ticas as Caixa. Caixa.QE QE FL73SPFL73SP- Hager Hager . . . . . . . . . . . D.11 Componentes PV: Montantes UN03A - Hager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D.12 Componentes PV: Características Montantes UN07A - Hager . . . . . . . . . . .
148 149 149 150 150 151 151 152 152 153 153 154
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LISTA DE FIGURAS
Lista de Tabelas 3.1 IRC em Função de Ra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Ilu Iluminânc nânciia Média Recomend mendaada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18 20
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7
50 51 52 53 54 56
Corpo A, Piso -1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Corpo A, Piso 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Corpo A, Piso 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Corpo A, Piso 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Com ompparaç ração Tarif rifários Eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Iluminação: Corpo B, Piso -1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Poupanç Poupançaa total obtida obtida através através de redução redução de pot potênc ência ia nos espaços espaços com retorno retorno económico viável . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.8 8.8 Si Simu mula laçõ ções es de Impl Implem emen enta taçção de LED LED’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.9 Viabili iabilidad dadee Econ Económic ómicaa Impleme Implementa ntação ção de LEDs nas zonas zonas de de circ circula ulação ção . . . . 8.10 Limite Distorção de Tensão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.11 Limite Distorção de Corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.12 8.12 Cara Caract cter erís ísti tica cass Elét Elétri rica cass do Paine ainell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.13 Orçamento Proj rojeto Foto otovolt oltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.14 Retorno Investimento - UPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67 68 68 71 72 79 96 98
9.1 9.1 Resu Resumo mo do Proj Projet etoo Fotov otovol olta taic icoo como como UP UPA AC e UP UPP P . . . . . . . . . . . . . . . 104 A.1 A.2 A.3 A.4 A.5
Corpo B, Piso -1 Corpo B, Piso 0 . Corpo B, Bloco 1 Corpo C, Piso -1 Corpo C, Piso 0 .
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108 109 109 110 110
xviii
LISTA LISTA DE TABELAS
Abreviaturas e Símbolos o
Grau A Ampere AD Armá Armári rioo de Dist Distri ribu buiç ição ão AC Corr Corren ente te Alt lter erna nada da APA AP A Agênci Agênciaa Portugue Portuguesa sa do Ambien Ambiente te AQS Água Águass Quen Quente tess Sani Sanitá tári rias as AT Alta Tensão AVAC Aquecimento, Aquecimento, Ventilação entilação e Ar Condicionado Condicionado BT Baixa Tensão cd Candela CO2 CO2 Dióx Dióxid idoo de Carb Carbon onoo COP COP Coefi Coefici cien ente te de Perfo Performa rmanc ncee DGEG Direção Direção Geral de Energia Energia e Geologia Geologia DL Decreto-lei EER Índic Índicee de Efici Eficiên ênci ciaa de Ener Energi giaa EN Norma Europeia E.U.A. E.U.A. Estados Estados Unidos Unidos da América América FP Fator de Potência GEE Gase Gasess com com Efeit Efeitoo de Estuf Estufaa GISS Institu Instituto to Goddard Goddard de Estudos Estudos Espacia Espaciais is GWh GWh Giga Gigawa watt tt-h -hor oraa IEE Índic Índicee de Efici Eficiên ênci ciaa Energ Energét étic icaa INDC Pretendida Pretendida Contribuição Contribuição Nacionalmen Nacionalmente te Determinada Determinada IRC Índic Índicee de Rest Restit itui uiçã çãoo de Cores Cores K Grau Kelvin lm L ú me n m Metro MAT MAT Muito Muito Alta Alta Tensã ensãoo min minuto MT Média Tensão NASA NASA Administraçã Administraçãoo Nacional Nacional da Aeronáutica Aeronáutica e Espaço NOAA NOAA Administraçã Administraçãoo Nacional Nacional de Oceanos Oceanos e Atmosfera Atmosfera dos E.U.A. E.U.A. NCEI Centro Nacional Nacional de Informação Informação Ambiental Ambiental dos E.U.A. E.U.A. OECD Organizaçã Organizaçãoo para a Cooperaçã Cooperaçãoo e Desenvolvi Desenvolvimento mento Económico Económico PEX Poli Poliet etil ilen enoo Reti Reticul culado ado PT Post Postoo de Trans ransfo form rmaç ação ão xix
xx Pt PVC PV C QE QGBT Qt s Sa THD TIC W U.E. .E. Un UPSss UPS UTA UTA UVC V
ABREVIATURAS E SÍMBOLOS Potê otênci ncia Ativa Total Polic Pol iclo loret retoo de Vinil iniloo Quadro Elétrico Quadro Geral de Baixa Tensão Potê Potênc ncia ia Reat Reatiiva Tota otal segundo Potê otênci ncia Apare parent ntee Taxa de Distorç Distorção ão Harmóni Harmónica ca Tecnolo ecnologia giass da Informa Informação ção e Comunic Comunicaçã açãoo Watt Uniã Uniãoo Euro Europe peia ia Tensão Nominal Sistem Sistemas as de Ali Alimen mentaç tação ão Ininte Ininterrup rrupta ta Unidade Unidade de Trata Tratamen mento to de Ar Unidade Unidade Ventiloc entilocon onvec vectora tora Volt
Capítulo 1
Introdução Eficiência Energética traduz-se na redução de perdas na conversão, transporte, transmissão e uso de energia, desde a extração da fonte primária até ao seu uso final, assim como na redução da demanda energética, sem comprometer a qualidade do serviço. Consequentemente, é possível investir e melhora-la a vários níveis, que englobam a produção da energia e o seu uso. [13 13]] Na prime primeir iraa déca década da do sécu século lo XX é assi assina nado do,, por todos todos os esta estados dos-me -membr mbroo da Uniã Uniãoo Europ Europei eia, a, o Pacote Europeu Energia/Clima 20-20-20, que define três metas a serem atingidas até 2020 [ 2020 [14 14]: ]:
• Redução de 20% de emissão de gases com efeito de estufa, em comparação com 1990; • Aumento em 20% de energias renováveis no mix energético; • Menos 20% de consumo energético, em resultado do aumento da eficiência, fazendo uso de, pelo menos, 10% de biocombustíveis nos transportes.
Na segunda década do século, mais precisamente em Dezembro de 2015, 195 países aprovam o "Acordo de Paris", que constitui o primeiro marco jurídico universal contra o aquecimento global. O documento da 21a Conferência do Clima (COP21) das Nações Unidas, reflete o maior entendimento na área, desde o Protocolo de Quioto (assinado em 1997), e é de caráter vinculativo até 2020, definindo, pela primeira vez, um acordo válido para todas as nações, que terão de organizar estratégias para limitar o aumento médio da temperatura da Terra até 2o C (idealmente 1,5o C) até até 2100. 2100. [15 15]] Na Figura 1.1 Figura 1.1,, é possível verificar a variação mensal destes valores para os o s anos de 2000, 2014, 2015 e primeiro semestre de 2016. Dos 162 compromissos que refletem as contribuições nacionalmente determinadas (INDC), 106 indicam intenções nacionais em aumentar o desenvolvimento de energia renovável, dos quais 74 apontam objetivos específicos para a produção renovável, AVAC e tecnologias no setor dos transportes. transportes. Alguns incluem, incluem, ainda, mecanismos mecanismos específicos específicos para que sejam feitos avanços avanços na área das renováveis e da eficiência energética. [ energética. [13 13]] Na Figura 1.3 1.3,, que representa o consumo de energia primária em Portugal (em ktep) de 2005 a 2014, é possível constatar a diminuição do consumo de combustíveis de origem fóssil e o aumento 1
2
Introdução
Figura 1.1: Histórico Mensal da Evolução da Temperatura Terrestre, segundo dados da NASA GISS e NOAA NCEI [1 [ 1]
da utilização de energias energias renováveis renováveis (hídrica, eólica, solar, solar, geotérmica geotérmica e biomassa) biomassa) na produção produção de energia, contribuindo para o decréscimo da taxa de dependência energética, que pode ser visualizada na figura 1.3 figura 1.3..
Figura 1.2: Consumo e energia primária em Portugal (ktep) [ (ktep) [22]
Nesse mesmo período de tempo, verifica-se, em Portugal, uma descida acentuada das emissões de gases com efeito de estufa em relação a 1990. Segundo Segundo a Agência Agência Portuguesa do Ambiente Ambiente (APA), as emissões passam de 45% para 8%, números que refletem o cumprimento de uma das metas propostas. O setor da energia é o principal responsável pelas emissões de GEE, representando quase 70% das emissões nacionais. nacionais. Dentro deste setor, setor, a produção de energia é uma das fontes mais importantes, constituindo cerca de 23% do total das emissões. Em Portugal, é possível encontrar com facilidade recursos naturais como o sol, vento, mar, florestas e a biomassa, uma grande vantagem para a produção de energia no setor da eletricidade,
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Introdução
Figura 1.3: Taxa de dependência energética em Portugal [2 [2]
nomeadamente, através de painéis fotovoltaicos e centrais eólicas, o que contribui ainda para o aumento do mix energético. De 2004 a 2014, regista-se um aumento da produção de energia a partir destas fontes de 19,2% para 27,0% . Ainda neste período, a dependência energética do país decresce de 84,1% para 72,4% [2]. Em 2015, a energia renovável e a eficiência energética foram apontadas como pilares importantes no compromisso mundial para acabar com a pobreza, proteger o ambiente e assegurar prosperi prosperidad dadee para para todos. todos. Nesse ano, ano, vários vários países países por tod todoo o Mundo, Mundo, incl incluind uindoo Portuga Portugal,l, defin definira iram m metas económicas para a implementação de energias renováveis [13 [13]], sendo que neste período a produção de energia elétrica a partir de fontes renováveis decresceu 20% e, devido ao aumento de consumo no setor eletroprodutor, as importações, sobretudo de carvão e gás natural, aumentaram. Tais fatores, foram cruciais para o aumento da dependência energética nesse ano (78,3%). [16 [16]] A nível mundial, no primeiro prim eiro trimestre de 2016, o investimento em energias renováveis decresceu 12,5% comparativ comparativamente amente ao mesmo período de 2015. Na Europa, o mesmo não se sucedeu, contrariando a tendência dos últimos tempos. Os grandes investimentos feitos no início de 2016, deveram-se, principalmente, aos projetos em produção de energia eólica. O mercado da tecnologia fotovoltaica cresceu 25% ao longo de 2014, alcançando 50GW. Estima-se que 22 países tenham tido capacidade suficiente, no fim de 2015, para fazer face a mais de 1% das suas necessidades elétricas, tendo alguns deles alcançado valores superiores a 6%. Os investimentos feitos na área da energia solar, também cresceram significativamente entre 2005
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Introdução
e 2011 e, apesar de sofrerem um decaimento até 2014, acabam por aumentar e registar o valor mais alto no ano seguinte. Em 2015, a energia usada para aquecimento constituiu praticamente metade do consumo energético mundial mundial total. Consumo esse, que tem vindo a aumentar, aumentar, à semelhança semelhança do consumo de energia para arrefecimento, que se relaciona com o aumento da temperatura média global. Nesse ano, na U.E., 18% do consumo energético energético para um destes dois fins, foi proveniente proveniente de fontes renováveis. O maior crescimento no uso de energia deste tipo para aquecimento deu-se na Europa, onde, desde 2008, a média anual aumenta quase 5%. Contudo, em 2015, devido à crise económica, ao abrandamento no setor da construção e à descida nos preços do petróleo, esse crescimento desacelerou. No entanto, em algumas áreas, e em alguns países, essa desaceleração foi menos sentida. No caso da França, Finlândia e Polónia, o mercado de bombas de calor, continua em crescimento. Inúmeras políticas foram implementadas em vários governos por todo o mundo, com o ob jetivo de melhorar a eficiência energética nos setores de edifícios, transporte e indústria. Essas políticas, que incluem metas, regulamentos, normas e incentivos fiscais, visam a tomada de ações de eficiência de energia. Tal pode ser conseguido, por exemplo, através da divulgação de conhecimento associado ao tema, ou de subsídios de energia. Atualmente, quase todos os países têm políticas que incentivam o desenvolvimento das energias renováveis. renováveis. Essas políticas, políticas, continuam continuam em desenvolvi desenvolvimento mento e incentiv incentivam am o inv investime estimento nto e inovação na área energética. Na Figura 1.4 Figura 1.4,, que representa o consumo total de energia por setor de atividade, é possível verificar que uma parcela importante deste consumo, diz respeito aos serviços onde estão englobadas as escolas, objeto de estudo desta dissertação.
Figura 1.4: Consumo total de energia por setor de atividade [2 [2] A demanda de energia total num edifício, depende de fatores que incluem os equipamentos de AVAC e a iluminação usada. Há várias opções disponíveis para a reduzir e para tornar o edifício
1.1 Motivação e Objetivos da Dissertação
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mais eficiente eficiente energeticament energeticamente, e, algo que está a ser feito atualmente. atualmente. Estima-se Estima-se que melhorar a eficiência energética em edifícios na União Europeia (35% dos quais têm mais que 50 anos), poderia reduzir o consumo de energia nesta região em 5-6%. Em países da OECD, a eficiência da energia energia usada nas residências residências aumentou aumentou 15% entre 2002 e 2012. Os novos edifícios construídos construídos em 2015 na U.E. consumiram cerca de metade da energia, comparativamente ao que os edifícios construídos nos anos 80 consumiram. [13 [13]] A eficiência energética, além de trazer benefícios financeiros, promove a diversificação do mix energético e o aumento da sustentabilidade associada à produção, transporte e consumo de energia e, como tal, deve ser explorada e posta em prática, para que as metas propostas no Pacote Europeu Energia/Clima Energia/Clima 20-20-20 sejam atingidas, atingidas, garantindo, assim, o progresso progresso social, social, o equilíbrio equilíbrio ambiental ambiental e o sucesso sucesso económico. económico. [17 17]]
1.1 Motivaçã Motivaçãoo e Objetivos Objetivos da Dissertação Dissertação Esta dissertação consiste na análise da eficiência energética da Escola Secundária Filipa de Vilhena. Assim sendo, serão estudadas as condições do ativo, com a finalidade de perceber quais poderão ser melhoradas, para que a energia seja utilizada, potencializando ao máximo a sua eficiência e respeitando respeitando todas as normas que se aplicarem, de modo a garantir garantir o conforto e bem-estar de todos os utilizadores. Parametrizando a finalidade principal deste estudo, previamente descrita, surgem como objetivos:
• Caracterização da Escola e dos espaços que a constituem (i); valiação ção do tarifá tarifário rio de eletric eletricida idade de utiliz utilizado ado e verific verificaçã açãoo do melhor melhor fornece fornecedor dor de energi energiaa • Avalia para o respetivo ciclo horário (ii);
• Análise dos sistemas de iluminação instalados (iii); • Análise da qualidade de energia (iv); • Realização do projeto fotovoltaico, de forma a minimizar a dependência energética da rede (v);
• Análise dos sistemas de AVAC (Aquecimento, Ventilação, Arrefecimento e Ar Condicio-
nado), com o objetivo de verificar se os mesmos são eficientes e/ou podem sofrer alterações, de modo a maximizar a eficiência energética global do edifício escolar (vi);
• Análise económica, determinação do período de retorno do investimento e elaboração do conjunto de propostas de intervenção que se considerem importantes aplicar (vii).
1.2 Estrut Estrutura ura da Dissert Dissertaçã açãoo Para além da introdução, que tem a finalidade de contextualizar o trabalho que se desenrolará, esta dissertação contém mais 8 capítulos.
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Introdução
Do capítulos 2 a 7, é descrito descrito o estado da arte. São apresentados apresentados trabalhos trabalhos relacionados relacionados com diversos diversos temas, benéficos à elaboração elaboração do estudo que se seguirá. seguirá. Nesses temas, temas, englobam-se as faturas energéticas e conceitos importantes para a sua análise, como energia reativa e fator de potência, e o setor elétrico elétrico português. Aborda-se, Aborda-se, também, a área da iluminação, iluminação, avaliando avaliando diferentes parâmetros que com esta se relacionam e caracterizam-se diversas tecnologias e equipamentos. pamentos. Descreve Descrevem-se m-se os sistemas sistemas de aquecimento, aquecimento, ventilação ventilação e ar condicionado, condicionado, de modo a facilitar facilitar a análise aos aparelhos aparelhos da Escola em estudo. É feita uma caracterização caracterização dos sistemas solares fotovoltaicos, importante para a elaboração do projeto desenvolvido. Apresentam-se problemas relacionados relacionados com a qualidade qualidade da energia como desequilíbrio desequilíbrios, s, cavas cavas e variações variações rápidas e cíclicas de tensão, oscilações e variações de frequência, sobretensões e distorções de onda de tensão decorrente da presença de harmónicos. No capítulo 8 capítulo 8,, encontra-se o caso de estudo, no qual são abordadas as várias áreas contidas nos vários objetivos propostos, caracterizando o Edifício Escolar. Retrata-se a análise feita às faturas de energia, e respetivas conclusões. Aborda-se a iluminação presente, analisada com o propósito de propor medidas mais eficientes eficientes do que as que vigoram. Apresenta-se Apresenta-se o projeto fotovoltaic fotovoltaicoo elaborado e, por fim, apresentam-se os equipamentos AVAC e respetiva análise. No capítulo 9, é elaborada a conclusão do trabalho realizado, assim como apresentadas as propostas de trabalho futuro que se consideram colmatar o estudo realizado.
1.3 MANVIA-Ma MANVIA-Manuten nutenção ção e Exploração Exploração de Instalaç Instalações ões e Constr Construução
Figura 1.5: Logótipo da empresa Esta dissertação de mestrado, elaborada em ambiente empresarial, teve colaboração da MANVIA. Esta empresa, iniciou as suas atividades em 1998, integrando-se no Grupo Mota-Engil, dois anos depois. Em 2005, torna-se uma sociedade anónima que atua em várias áreas da manutenção, onde se enquadram os edifícios, indústria, ambiente e energia. A MANVIA, nos seus serviços de manutenção, engloba atividades como:
• Facility Management; • Gestão e execução de manutenção de instalações e equipamentos; • Gestão de contratos externos; • Conceção, implementação e auditoria de planos de manutenção programada;
1.3 MANVIA-Manutenção e Exploração de Instalações e Construção
7
• Gestão Técnica da manutenção; • Manutenção de equipamentos eletromecânicos; • Gestão, Gestão, operação operação e manutenção manutenção de centrais centrais de cogeração, cogeração, incluindo respetivos respetivos estudos de viabilidade;
• Manutenção de gás, águas e esgotos; • Instalações de segurança; • Certificação energética; • Diagnósticos elétricos. É uma empresa certificada e inovadora, da qual fazem parte mais de 600 especialistas com conhecimentos de negócio na área da manutenção, estando presente nos mercados nacional e internacional. Do seu portfólio, fazem parte, entre outros, o Metro do Porto, a Casa da Música, várias autoestra estrada dass e cent centros ros come comerc rcia iais is e a Parqu Parquee Escola Escolar, r, a qual qual permi permiti tiuu reco recolh lher er algun algunss dados dados imp import ortan ante tess para o estudo da eficiência energética da Escola Secundária Filipa de Vilhena. O obj objet etiv ivoo da empre empresa sa é ser ser uma refe referê rênc ncia ia nos nos merca mercados dos em que se inse insere re,, visando visando acres acresce cent ntar ar valor económico, social e ambiental às atividades dos seus clientes.
8
Introdução
Capítulo 2
Eficiência Energética e o Setor Elétrico Português Para otimizar a gestão da energia, é necessário conhecer todos os aspetos que com ela estão relacionados. Para tal, não basta analisar, por exemplo, as faturas da energia para saber quanto se consome. É preciso perceber o porquê desses consumos, onde se consome e como se consome. Uma auditoria energética, energética, requer que se analisem, em detalhe, as condições condições de utilização utilização de energia presentes na instalação a auditar, se avalie o estado em que se encontram os equipamentos e respetiva manutenção, se elabore um conjunto de medidas técnica e economicamente viáveis que permitam a redução do consumo ou da fatura mensal e se faça a certificação energética. Assim, é da responsabilidade do auditor, identificar as áreas onde existem desperdícios e indicar soluções viáveis, considerando as restrições organizacionais e financeiras existentes.
2.1 Fases Fases de uma Auditoria uditoria Energética Energética Inici Inicial alme ment nte, e, é nece necessá ssário rio prepa prepara rarr a audi auditor toria ia de mo modo do a aume aumenta ntarr a qual qualid idad adee final final da mesm mesma. a. Tendo isto em conta, deve-se conhecer o espaço (e se possível visitá-lo previamente), recolher dados dos últimos anos (como faturas de eletricidade, por exemplo) e ponderar acerca das medidas que, se aplicadas, melhorariam a eficiência do local. Numa segunda fase, procede-se à intervenção in tervenção no local, onde devem ser caracterizados os equipamentos produtores/consumidores de energia; determinar os consumos dos vários setores, os diagramas globais de carga da instalação consumidora e os consumos específicos; elaborar balanços energéticos e propor medidas técnicas viáveis de redução de consumos. Posteriormente, é necessário tratar a informação recolhida de modo a gerar conclusões acerca dos consumos, rendimentos energéticos, intensidades energéticas, soluções tecnológicas, técnicoeconómicas e organizacionais. Por fim, procede-se à elaboração do relatório de auditoria energética, onde é contemplada toda a informação pertinente de forma organizada e coerente. [18 18]] 9
10
Eficiência Energética e o Setor Elétrico Português
2.2 Redução Redução da Fatura Fatura Energética Energética Existem várias formas de reduzir a fatura energética: comprando energia mais barata e consumindo menos energia. energia. [19 19]] No primeiro caso, é possível trocar de fornecedor ou renegociar com o atual, de modo a obter uma melhor proposta; adequar o tarifário; substituir o tipo de energia consumida; reduzir picos de consumo ( principalmente nas horas de ponta onde o preço é mais elevado); eliminar penalizações do fornecedor, como por exemplo, pela energia reativa; fazer transferência de cargas de períodos mais altos para períodos mais baixos; gerir a energia no local, usando energias renováveis (recorrendo, por exemplo, à instalação de painéis fotovoltaicos). No segundo caso, é possível aumentar a eficiência dos equipamentos, melhorando os procedimentos operacionais, efetuando uma manutenção adequada ou instalando equipamentos de eficiência superior e sensibilizar os utilizadores para o uso racional da energia.
2.2.1 2.2.1 Análise Análise da Fatura Fatura Energética Energética Uma das responsabilidades do gestor de energia, que cada edifício deve ter, é a análise das faturas de energia e a avaliação dos desvios de consumo e variações de preço entre os mesmos intervalos de tempo, ação que leva leva à verificação do contrato que melhor satisfaz os perfis de consumo apresentados. Num estabe estabelec lecime imento nto escola escolar, r, é possíve possívell encont encontrar rar,, geralme geralmente nte,, vários vários tipos tipos de faturas faturas:: a fatura fatura de energia elétrica, a fatura de gás e a fatura da água. A fatura de energia elétrica fornece informação importante sobre o perfil de consumo mensal de uma instalação, potência da instalação, perfil de consumo, entre outras. Através desta análise, é possível gerar medidas de eficiência energética como [20 [20]]:
• Mudar o tipo de ciclo da instalação para o mais apropriado; • Promover ações de deslastre do consumo no período de ponta para outro período com custos mais reduzidos;
• Detetar, caso existam, desvios nos padrões de consumo; • Avaliar o consumo de energia reativa, mantendo-o acima do valor regulamentado. 2.2.2 2.2.2 Energi Energiaa Reativ Reativaa Todos os equipamentos elétricos alimentados em corrente alternada consomem energia ativa. No entanto, existem certos equipamentos, como ventiladores, transformadores e sistemas de iluminação, que geram energia reativa, a qual é cobrada pelo fornecedor de energia elétrica, apesar de não produzir trabalho. Convém, como tal, anular estes consumos dos equipamentos escolares, corrigindo o fator de potência. A potência ativa é dada por:
11
2.2 Redução da Fatura Energética
P = V I
× × cos(ϕ )()(W )
(2.1)
A potência aparente é dada por:
S = = V I
× × (VA )
(2.2)
A potência reativa é dada por:
Q = S sen(ϕ )( )(VAr )
×
(2.3)
Figura 2.1: Energia Reativa: Esquema exemplificativo [3 [3] Em 26 de Abril de 2010, foi publicado, no Diário da República, o Despacho no 7253/2010, onde são definidas novas regras no que diz respeito à forma de faturação da energia reativa. [21 21]] Para o seu cálculo, utiliza-se o fator tg(ϕ ), ), que se define como a razão entre a energia reativa e a energia ativa, ativa, medidas no mesmo período. Quanto maior maior for a tg(ϕ ), ), menor será o fator de potência e maior será a energia reativa a transitar nas redes. [22 22]] Assim, valores altos de fator de potência (perto de 1,00) indicam que está sendo utilizada pouca energia reativa em relação à energia ativa, por sua vez, valores baixos de fator potência indicam que há excesso de energia reativa.
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Eficiência Energética e o Setor Elétrico Português Os principais problemas que advém da sua existência são [12 12]: ]:
• Custos mais elevados da fatura elétrica; • Aumento das perdas e das correntes na linha de transmissão; • Maiores quedas de tensão na linha de alimentação; • Sobreaquecimento dos cabos. O fator de potência (entre 0 e 1) é a razão entre a Potência Ativa e a Potência Aparente. O coss cossen enoo do ângul ânguloo que que mede mede o desf desfas asam amen ento to entre entre as onda ondass de tensã tensãoo e corre corrent nte, e, cos( cos(ϕ )(figura )(figura 2.2), 2.2 ), é dado pela razão entre a Potência Ativa da fundamental e a a Potência Aparente da Fundamental. mental. O fator de potência pode ser relacionado relacionado com o cos(ϕ ) à frequência fundamental, fundamental, sendo que ambos diferem, quando na presença de harmónicos. O fator de potência, indica o grau de eficiência do uso dos sistemas elétricos. Valores altos de FP, indicam uso eficiente da energia elétrica, enquanto valores baixos indicam ineficiência da mesma, além de representar uma sobrecarga para todo sistema elétrico.
Figura 2.2: Fator de Potência em função de ϕ t an(ϕ ) inferiores a 0,3 (ou, por dedução, se cos (ϕ )>0,96) indicam que a instalação Valores de tan pagará energia reativa. Para o corrigir, corrigir, usam-se equipamentos equipamentos na instalação, instalação, geralmente baterias de condensadores condensadores,, devido ao fator económico. As vantagens do uso de condensadores são [23 [23]] [20 [ 20]]:
• Custo inferior em relação aos compensadores síncronos e aos conversores eletrónicos de potência;
• Simplicidade de instalação e manutenção; • Perdas reduzidas. A compensação, em Baixa Tensão, pode ser feita global, parcial ou localmente (figura 2.3 2.3)).
2.2 Redução da Fatura Energética
13
Na compensação global, ou central, a bateria de condensadores é ligada à entrada da instalação (QGBT). Aplica-se em casos onde a carga é estável e contínua, como em instalações com muitos recetores de baixa e média potência cujos equipamentos não trabalham todos ao mesmo tempo. Este tipo de compensação, permite uma boa adaptação aos escalões de potência reativa necessária, quando usada uma compensação automática, permitindo manter o fator de potência acima do limite mínimo. Contudo, a potência reativa, nos cabos de alimentação dos quadros parciais, não é suprimida, pelo que as perdas e quedas de tensão se mantém.
Figura 2.3: Compensação Global (à esquerda), Parcial (ao centro) e Local (à direita) [3 [ 3] Na compensação parcial, ou setorial, são usadas várias baterias de condensadores ligadas aos barramentos barramentos dos quadros parciais parciais da instalação. instalação. Aplica-se Aplica-se a instalações instalações com diferentes diferentes regimes de carga, nos vários setores. Neste tipo de compensação já existe uma redução da potência reativa nos cabos de alimentação dos vários quadros, o que contribui para a redução das correntes, das perdas e das quedas de tensão. Na compensação local, ou individual, as baterias ligam-se diretamente às entradas dos recetores indutivos indutivos (motores, etc.) Aplica-se Aplica-se quando existe um recetor com potência considerável considerável comparativamente à potência total instalada. Este tipo de compensação permite reduzir a potência reativa e reduzir as correntes, as perdas e as quedas de tensão nos vários cabos que alimentam a instalação. instalação. [3]
2.2.3 2.2.3 Setor Elétrico Elétrico Portuguê Portuguêss Em Portugal, a produção de energia elétrica permite concorrência, segundo planeamento de acordo com a lógica do mercado. Nesta concorrência, estão incluídos também produtores espanhóis. Desde 2006, todos os clientes (quase 6,1 milhões em Portugal Continental), têm liberdade para escolher escolher o seu fornecedor fornecedor de energia. energia. A esmagadora maioria maioria desses são consumidores em Baixa Tensão, 23500 consomem em Média Tensão e cerca de 350 consomem em Alta e Muito Alta Tensão. O mercado está dividido em dois regimes:
• Produção em regime ordinário - PRO (i); • Produção em regime especial -PRE (ii);
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Eficiência Energética e o Setor Elétrico Português
A PRO (i), diz respeito à produção de eletricidade com base em fontes não renováveis, enquanto que a PRE, recorre a energias renováveis e a cogeração. Relativamente ao mix de produção, tem-se assistido ao aumento do peso da produção em regime especial, salientando-se o papel da energia produzida a partir de fontes renováveis. A energia produzida de forma distribuída é injetada diretamente na rede, enquanto a restante é entregue à rede de transporte. A distribuição desta energia é garantida pela rede nacional de transporte (RNT), que tem ligação com a rede espanhola possibilitando trocas comerciais entre ambas, através de linhas MAT. A interligação entre a RNT e as instalações dos consumidores, é feita pela EDP Distribuição e algumas cooperativas. Em regime de mercado, as principais empresas de comercialização em Portugal são a EDP Comercial, a Endesa, a Iberdrola e a União Fenosa. Relativamente às opções tarifárias, existem várias estruturas, sendo que as tarifas para cada atividade regulada, cuja fixação compete à ERSE, são [24 [ 24]: ]:
• Uso Global do Sistema (UGS): Relativa a custos com a operação do sistema e custos provocados por medidas de política energética, ambiental ou de interesse económico geral (aplicada pelo operador da rede de transporte e paga pelos operadores das redes de distribuição);
• Uso da Rede de Transporte Transporte (URT): Diz respeito respeito aos custos com a operação e manutenção manutenção das redes de transporte;
• Uso da Rede de Distribuição (URD): Onde se englobam os custos associados ao planeamento, operação e manutenção das redes de distribuição, pagos pelos clientes (alta, média e baixa tensão);
• Acesso às Redes: Custos de uso das redes e serviços associados (aplicada pelos operadores das redes de distribuição e paga pelos clientes em MAT, AT, MT e BT);
• Venda do Operador da Rede de Transporte: Diz respeito à prestação dos serviços de sistema e transporte (Aplicada pelo operador da rede de transporte aos operadores das redes de distribuição);
• Comercializa Comercialização: ção: Relativa Relativa a custos com as estruturas comerciais comerciais de venda de energia energia elétrica aos clientes dos comercializadores de último recurso;
• Energia:
Engloba custos custos com a obtenção de eletricidade eletricidade para fornecimento fornecimento dos clientes (aplicada pelo comercializador de último recurso e paga pelos seus clientes);
• Tarifas transitórias de Venda a Clientes Finais em Portugal continental: aplicada pelos comercializadores de último recurso aos seus clientes em Portugal continental.
Existe, ainda, a tarifa social de fornecimento de eletricidade que se aplica aos clientes finais com direito à aplicação de um desconto na tarifa de acesso às redes em regime de baixa tensão
2.2 Redução da Fatura Energética
15
normal, que pretende reduzir barreiras ao acesso à energia elétrica a consumidores vulneráveis, com consumos reduzidos. As tarifa tarifass de acesso acesso às redes, redes, compost compostas as pelas pelas tarifa tarifass UGS, UGS, URT URT e URD (as quais quais são exerc exercida idass em regime regime de monopól monopólio), io), são pagas pagas por todos todos os consumi consumidore doress finais. finais. Estas Estas tarifa tarifas, s, são calcul calculada adass através do somatório de cada variável de faturação e atividade com a tarifa correspondente. Para um cliente final, existe a possibilidade de optar entre o mercado regulado e o mercado livre. No primeiro, o custo de energia engloba as tarifas de acesso à rede, as tarifas de energia e de comerc comercial ializa ização ção,, enquant enquantoo que no segundo segundo,, o custo custo energé energétic ticoo é negoci negociado ado com o comerc comercial ializa izador dor.. A Tarifa arifa de Uso Uso Glob Global al do Si Sist stem emaa é compo compost staa por duas duas parc parcel elas as.. A parc parcel elaa I englo engloba ba os cust custos os associados à gestão do sistema, apresentando um preço de energia sem diferenciação por período horário. A parcela II, a aplicar aplicar ao operador operador da rede de distribuição distribuição em MT e AT, associa-se aos custos resultantes resultantes de implementaç implementação ão de medidas medidas de política energética, energética, ambiental e de interesse económico geral e tem preço único de energia, sem distinção entre os períodos horários. A Tarifa de Uso da Rede de Transporte, aplica-se aos produtores em MAT, AT e MT e é composta composta por preços de energia ativa ativa (Eur/kWh). A tarifa URT aplicada aplicada ao operador da rede de distribuição em MT e AT apresenta preços de potência contratada e em horas de ponta, preços de energia ativa, diferenciados por período horário, e preços de energia reativa indutiva e capacitiva. As tarifas de Uso da Rede de distribuição estão englobadas nos preços de potência contratada e em horas de ponta, nos preços de energia ativa diferenciados por período horário e de energia reativa. [24 24]] A Tarifa de Energia é composta por diferentes preços de energia ativa para quatro períodos horários: Ponta (P), Cheia (C), Vazio Normal (VZ) e Super Vazio (SV). Os contratos de aquisição de energia são acordos (aprovados pela ERSE) para distribuição energética dos comercializadores aos consumidores. Para uma instalação alimentada em média tensão existe a possibilidade de optar entre três ciclos horários distintos, Ciclo Diário, Ciclo Semanal e Ciclo Semanal Opcional, os quais ajustam os períodos horários em determinadas horas. O ciclo diário caracteriza-se por uma distribuição igual pelos 7 dias da semana, o que é vanta joso para instalações utilizadas apenas nos 5 dias úteis. Se existir funcionamento funcionamento durante o fim-de-semana, fim-de-semana, o melhor ciclo será o semanal, semanal, visto que irão ser alcançados benefícios, aos sábados e domingos, ao nível dos tarifários. Os feriados nacionais são considerados como períodos de vazio. Neste caso, a energia reativa consumida ou fornecida à rede, também é faturada, bem como a potência contratada e a potência em horas de ponta.
2.2.4 2.2.4 Eficiência Eficiência Energética Energética Para aplicar melhorias melhorias de eficiência eficiência energética, energética, pode ser necessário investir investir em: novos bens (como veículos, edifícios ou equipamentos); em novas aplicações de eletricidade ou em novos processos industriais; em isolamentos; em instrumentos de controlo e medida; e em cogeração.
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Eficiência Energética e o Setor Elétrico Português
São medidas que envolvem um investimento considerável e que, como tal, só devem ser aplicadas quando o retorno do mesmo é compensatório. Além destas medidas, há que alterar comportamentos. Se houver, por exemplo, uma redução do consumo de água quente e do nível da temperatura interior (através do uso de aparelhos de aquecimento) aquecimento) ou o aumento da mesma (através de aparelhos de arrefecimento), arrefecimento), o valor valor da fatura elétrica vai diminuir consideravelmente.
Capítulo 3
Iluminação Neste sub-capítulo, abordam-se conceitos relacionados com iluminação, alternativas disponíveis e respetivas características e formas de aumentar a eficiência energética nesta área. A luz natural, idealmente, deve ser a usada em espaços interiores com utilização humana, para o conforto dos mesmos. É, também, a mais eficiente eficiente energeticamen energeticamente, te, contudo existe a necessidade de ser complementada complementada por sistemas sistemas de luz artificial. artificial. Estes, devem devem ser projetados, projetados, tendo em conta as necessidades de iluminação de forma eficaz e flexível, respeitando as normas que lhes dizem respeito, garantindo que são cumpridas as exigências de conforto, eficiência energética e sustentabilidade. Para tal é necessário: [25 25]] [26 26]]
• Respeitar os valores de iluminância média recomendados, para que o desempenho das diferentes tarefas, por parte dos utilizadores dos espaços, não baixe de performance;
• Garantir as condições de conforto visual para evitar problemas de encandeamento; prescindir do bom ambiente interior, interior, como elevar elevar em demasia a temperatura temperatura em prol • Não prescindir de maior aproveitamento da iluminação ou menor consumo energético;
• Aproveitar ao máximo a utilização da luz natural, garantindo que a luz artificial é usada apenas quando as necessidades de iluminação não são satisfeitas pela primeira.
A instalação de iluminação pode ter fraca eficiência energética, devido a vários fatores como:
• Lâmpadas de fraco rendimento; • Armaduras de iluminação pouco eficientes; • Balastros pouco eficientes. 3.1 Característi Características cas das Lâmpadas Lâmpadas Do ponto de vista luminotécnico podem ser consideradas as seguintes características das lâmpadas [27 [27]] [28 28]: ]: 17
18
Iluminação
Rendimento luminoso: • Rendimento
Indica a razão entre o fluxo luminoso emitido emitido pela lâmpada e a potência potência elétrica absorvida. absorvida. Exprime-se Exprime-se em [lm/W] (lúmen/Watt) (lúmen/Watt) e varia entre 8 lm/W e 200 lm/W;
• Temperatura de cor: Indica a cor aparente da luz emitida e é expressa em [K] (graus Kel-
vin); A tonalidade de cor emitida pode ser branco quente, branco neutro ou branco frio que depende da sua classificação classificação (figura 3.1 3.1:: quente, intermédia ou fria, respetivamente. Por sua vez, a classificação depende da temperatura da cor: menor que 3300 [K], entre 3330 [K] e 5300 [k] ou maior que 5300 [k], respetivamente. Por exemplo, numa lâmpada do tipo ”Master TL-D Super 80 49W/830”, os dois últimos dígitos do número ”830” indicam que a temperatura de cor da lâmpada lâmpada é de 3000K, ou seja, emite uma cor de tonalidade tonalidade branco quente.
Figura 3.1: Distinção diferentes tipos de cor
• Restituição Restituição de cores: Indica a capacidade capacidade de uma fonte luminosa reproduzir reproduzir,, fielmente, as
core coress de um objet objetoo ou de uma supe superfí rfíci ciee il ilumi umina nada da.. É expr expres essa sa pelo pelo “índi “índice ce de rest restit ituiç uição ão de core cores” s” (IRC) (IRC),, que vem vem expre express ssoo entr entree 0 e 100, 100, onde onde 100 sign signifi ifica ca que as core coress se repro reproduz duzem em perfeitamente, e quanto mais nos aproximamos de 0, maior dispersão sobre existirá todas as cores, piorando a sua reprodução. Por exemplo, numa lâmpada do tipo ”Master TL-D Super 80 49W/830”, o primeiro dígito do número ”830” indica que a Ra (valor médio de oito cores do IRC) da lâmpada é superior a 80, ou seja, que a sua restituição cromática é muito boa. Tabela 3.1: IRC em Função de Ra
IRC Pobre Bo m Muiro Bom Excelente
RA >0 <6 < 60 > 60 < 8 0 > 80 < 9 0 > 90 < 1 0 0
3.2 Iluminância e Iluminância Média
19
Figura 3.2: índice de Restituição de Cor típico para diferentes tipos de lâmpadas
• Luminância (ou brilho): Exprime o brilho da fonte luminosa em função das suas dimensões e é a razão entre a intensidade luminosa na direção dos olhos do observador e a área visível da fonte luminosa (vista do ponto de observação);
• Duração de vida média: Indica o número de horas, após as quais, 50% de um lote significativo de lâmpadas acesas deixa de emitir fluxo luminoso;
3.2 Iluminânci Iluminânciaa e Iluminância Iluminância Média Os conceitos de Iluminância e Iluminância Média não devem ser confundidos com Luminância. A Iluminância, Iluminância, medida em [lux] (equivalent (equivalentee a lúmen por metro quadrado), quadrado), representa a relação entre o fluxo luminoso incidente numa superfície e a área sobre a qual este incide. Assim, visto que a quantidade de luz que chega a cada ponto localizado no mesmo espaço é diferente, o resultado será vários valores de iluminância.
Figura 3.3: Distinção entre Luminância e Iluminância
A iluminação pode ser crucial na eficiência energética dos edifícios, contudo não se podem descurar as condições luminosas exigidas para a realização das atividades que recorrem ao sentido visual.
20
Iluminação
Realizando várias medições, com recurso ao luxímetro, é possível determinar a iluminância média do espaço. Tal pode ser feito de várias formas. A mais simples é através da média entre os valores de iluminância medidos. No Manual de Instalações Técnicas da Parque Escolar é possível consultar os diversos valores de Iluminância Média recomendados para cada local de um estabelecimento escolar. Valores esses que diferem de acordo com a atividade desempenhada nesse espaço. É possível consultar na tabela 3.2 3.2 alguns alguns desses valores. Tabela 3.2: Iluminância Média Recomendada
Design Designaçã açãoo do Espaço Espaço Nível Nível Médio Médio de Ilum. Ilum. (Lux (Lux)) Sala de Aula Normal 3 00 Sala de Aula TIC 3 00 Laboratório (Fis./Quim.) 5 00 Reprografia 3 00 Biblioteca/Zona de Leitura 5 00 Auditório 5 00 Ginásio 3 00 Casas de Banho 2 00 Zonas de Circulação 1 00 Refeitório 2 00
3.3 Ti Tipo poss de Lâmpad Lâmpadas as 3.3.1 3.3.1 Lâmpadas Lâmpadas de Incandescên Incandescência cia A lâmpada de Incandescência é a mais básica e antiga, sendo, cada vez menos usada, devido ao elevado consumo. É constituída por um filamento, ampola, gás de enchimento, suporte de vidro e casquilho. O filamento é a parte constituinte da lâmpada responsável por emitir a luz visível. Deve aguentar temperaturas temperaturas o mais altas possível, possível, visto que quanto maior a temperatura temperatura do filamento, maior será a luz produzida e maior será o rendimento da lâmpada. A temperatura do material, originada pela passagem de corrente elétrica, depende da resistência. Quanto maior a resistência, maior será a temperatura atingida, pelo que se usam materiais com elevada resistividade (tungsténio). A ampola é o invólucro que envolve a lâmpada, cuja função é o armazenamento do gás de enchimento enchimento e a distribuição distribuição do fluxo luminoso, podendo este ser transparente transparente ou opalino, opalino, e com diversas formas. O gás de enchimento é responsável por reduzir a vaporização do filamento, sendo colocado dentro da ampola, envolvendo o filamento. Os gases mais usados são o Azoto, Árgon ou o Crípton, conseguindo-se maiores temperaturas de funcionamento e consequentemente maiores rendimentos. O casquilho, também chamado de base, faz a ligação ao suporte.
21
3.3 Tipos de Lâmpadas
A lâmpada de incandescência apresenta muito boa restituição de cores; temperatura de cor igual a 2700 [K], emitindo uma tonalidade quente; e baixo preço. A luz emitida por estas lâmpadas é dotada de níveis níveis de luminância luminância entre os 500 e os 2000 cd/m2, aproximadamente aproximadamente.. Estes valores valores são prejudiciais à visão e capazes de causar encandeamento. Tem ligação direta à rede e diferentes formas e cores. Apresenta, Apresenta, aproximadamente aproximadamente,, 1000 horas como duração média de vida, vida, pelo que é considerada considerada de baixa duração. A sua eficiência eficiência é bastante baixa, ficando pelos 2–5%, não produzindo produzindo mais que 35 luméns de luz por watt de eletricidade. eletricidade. Em consequência, consequência, cerca de 95% de eletricidade consumida pela lâmpada é convertida em calor. [29 29]] [27 27]] [30 30]] Principais tipos:
• Vidro soprado; • Vidro prensado; • Refletoras. 3.3.2 3.3.2 Lâmpadas Lâmpadas de Halogéneo Halogéneo
Figura 3.4: Lâmpada de Halogéneo [ Halogéneo [44]
O funcionamento funcionamento deste tipo de lâmpadas lâmpadas é baseado baseado no ciclo de halogéneo halogéneo regenerativo regenerativo.. Os seus componentes e princípio de funcionamento são semelhantes aos da lâmpada de incandescência, mas nestas, o gás que envolve envolve o filamento filamento contém halogéneo ou compostos compostos de halogenados, halogenados, permitindo que o ciclo de halogéneo regenerativo atue. As moléculas do filamento de tungsténio (que se desprendem com o uso) são capturadas pelo composto halogéneo e quando esse composto se aproxima do filamento, é decomposto pela alta temperatura do filamento, restituindo a molécula de tungsténio, sobre o filamento da lâmpada, promovendo a sua regeneração, fazendo com que o seu desgaste seja mais lento. Considerando a mesma potência, o tamanho desta é inferior ao da lâmpada de incandescência. Utiliza gás de enchimento como o flúor, bromo ou iodo. O seu rendimento é cerca de 25 [lm/W], apresenta muito boa restituição de cores, temperatura de cor de 3000 [K] e duração de vida média (entre 2000 e 4000 horas).
22
Iluminação
Oferece a possibilidade de ligação direta à rede ou a alimentação por tensão reduzida. Requer cuidados no seu manuseamento devido à ausência de duplo invólucro (tipo normal). [27 27], ], [30 30]] Principais tipos:
• normais; • de duplo invólucro; • de tensão reduzida; • com refletor interno (normais e dicroicas); 3.3.3 3.3.3 Lâmpadas Lâmpadas de Descarga Descarga 3.3.3. 3.3.3.11 Luz mista mista
Figura 3.5: Lâmpada de Luz Mista
A lâmpada de luz mista é uma combinação da lâmpada de vapor de mercúrio de alta pressão e da lâmpada incandescente, e é constituída por um bulbo que contém um tubo de descarga ligado em série com um filamento de tungsténio. tungsténio. O tubo de descarga das lâmpadas lâmpadas de mercúrio é utilizado para emitir o fluxo luminoso, enquanto o filamento incandescente serve para o arranque da lâmpada. A sua eficiência é superior à da lâmpada de incandescência, variando entre os 20 e 30 lm/W, sendo por isso muito utilizada utilizada como alternativa alternativa a esta última. Apresenta Apresenta índice de restituição restituição de cores de, aproximadamente, aproximadamente, 60 e duração duração de vida (2000 horas) média. Permite Permite ligação directa directa à rede. Este tipo de lâmpada, que apresenta diversas formas e cores, é usada em iluminação de estabelecimentos comerciais, comerciais, principalmente em montras. [27 27]]
3.3 Tipos de Lâmpadas
23
3.3.3.2 3.3.3.2 Vapor de Sódio Sódio de de Alta Alta Pressão Pressão
Figura 3.6: Lâmpada de Vapor de Sódio de Alta Pressão [5 [ 5]
Emitem luz de aparência amarelo-alaranjada e o seu rendimento pode chegar a 150 lm/W. Possui um índice de restituição de cores entre 25 e 60, índice de restituição de cores médio elevado (IRC cerca de 80), temperatura de cor entre 1900 e 2500 o K e duração de vida longa (podendo atingir 20 000 horas). Necessitam de aparelhagem auxiliar (balastro para limitar as correntes de arranque, arrancador que proporciona proporciona um pico de tensão para a lâmpada arrancar arrancar e condensador) condensador) e de tempo de arranque e de re-arranque de 5 e 1 minutos, respetivamente. O seu preço é mais elevado do que o das de mercúrio, mercúrio, possuindo também um maior rendimento rendimento luminoso. São principalmente principalmente usadas usadas em iluminação iluminação pública pública e em iluminação iluminação industrial. industrial. [27 27]] [30 30]]
3.3.3.3 Vapor de Mercúrio de Alta Pressão
Figura 3.7: Lâmpada de Vapor de Mercúrio de Alta Pressão [6 [6]
24
Iluminação
As lâmpadas de vapor de mercúrio de alta pressão emitem luz de aparência branca-azulada. São constituídas por um tubo de descarga transparente, inserido num bulbo de vidro. O seu rendimento varia entre 36 e 60 lm/W e o índice de restituição de cores entre 40 e 57. A duração de vida é superior a 10 000, podendo chegar às 12 000 horas, sendo, por isso, considerada uma lâmpada de duração de vida média. A sua temperatura de cor oscila entre os 3800 e os 4100 K. O tempo de arranque e de re-arranque é de, respetivamente, 4 e 6 minutos. Necessitam de aparelhagem auxiliar (balastro (balastro e condensador) condensador) para correto funcionamento. funcionamento. Têm aplicação aplicação industrial industrial e pública (onde têm vindo a ser substituídas pelas lâmpadas de vapor de sódio de alta pressão que têm rendimento superior superior). ). [27 27]]
3.3.3.4 Vapor de Mercúrio de Iodetos Metálicos
Figura 3.8: Lâmpada de Vapor de Mercúrio de Iodetos Metálicos [ Metálicos [66]
As lâmpadas de mercúrio de iodetos metálicos, metálicos, além de proporcionarem proporcionarem uma boa restituição restituição de cores, garantem um rendimento luminoso elevado e uma vida útil elevada, podendo chegar às 11 000 horas. Apresenta Apresenta um excelente excelente índice de reprodução reprodução de cores, na ordem dos 85-90, eficiência eficiência elevada elevada e rendimento rendimento luminoso até 96 lm/W. lm/W. A sua temperatura temperatura de cor, cor, varia entre os 3000 e os 6500 K. Porém, esta tecnologia necessita de aparelhos auxiliares (balastro, arrancador e condensador) e tem um custo elevado, pelo que é essencialmente aplicada em espaços exteriores que exigem elevada acuidade visual. [31 31]] [30 30]]
3.3 Tipos de Lâmpadas
25
3.3.3.5 Lâmpada de Vapor Vapor de Sódio de Baixa Pressão
Figura 3.9: Lâmpada de Vapor de Sódio de Baixa Pressão [6 [6]
São as lâmpadas de maior rendimento luminoso, atingindo os 200 lúmen por watt. Tem um índice de restituição restituição de cores praticamente praticamente nulo. Esta lâmpada produz uma luz monocromática monocromática (amarela-alaranjada) - característica indesejada em espaços interiores-, sendo aplicada, maioritariamente, em iluminação de vigilância ou em iluminação pública que não exija elevada acuidade visual. Têm uma temperatura temperatura de cor de cerca cerca 1700 o K e uma duração de vida tipicamente de 18000 horas. A luminância emitida permanece constante ao longo da sua vida, mas o consumo de eletricidade aumenta ligeiramente no seu fim, devido à degradação dos elétrodos. [29 29]] [27 27]]
3.3.3.6 3.3.3.6 Lâmpada Lâmpada de Indução Indução Magnética Magnética As lâmpadas de indução não têm elétrodos, mas sim um núcleo de ferrite, que gera um campo magnético que induz uma corrente elétrica no gás, provocando a sua ionização e a emissão de radiação luminosa visível. Funcionam a alta frequência, o que permite obter uma luz confortável e sem oscilações. A luz é, normalmente, branca com temperatura de cor em torno dos 4000 o K, podendo durar entre 50000 e 100000 horas. Têm um tempo de arranque e de re-arranque rápido e sem cintilação. Necessitam de aparelhagem auxiliar (gerador de alta frequência externo). São usadas principalmente em iluminação de túneis e iluminação de naves industriais muito altas, com manutenção manutenção difícil difícil.. [29 29]] [27 27]] [32 32]]
26
Iluminação
3.3.4 3.3.4 Lâmpada Lâmpada Fluorescen Fluorescente te
Figura 3.10: Lâmpada Fluorescente [ Fluorescente [66]
A lâmpada fluorescente, é uma lâmpada de vapor de mercúrio de baixa pressão, que se tornou popular popular nos anos 70 e hoje se encontra encontra em cerca cerca de 80% da luz artificia artificiall mundial. mundial. Tem um bom índice de restituição de cores (entre 85 e 95), temperatura de cor variável entre 2700 e 5000 o K e duração de vida longa (10000 horas, podendo atingir 50000 horas dependendo o tipo de revestimento). Atualmente Atualmente as lâmpadas fluorescentes fluorescentes são constituídas constituídas por um tubo de descarga descarga com 26 mm de diâmetro (tipo T8), são tri-fosfóricas e têm apenas 3 mg de mercúrio; ou, no caso das de última geração, um tubo de descarga com 16 mm de diâmetro (tipo T5), um novo pó tri-fósforo que garante um melhor rendimento e uma melhor restituição de cores. O seu rendimento pode chegar a 100 lúmen por watt e a sua eficiência usualmente varia entre 6,5% e 14,5%. Necessita de aparelhagem auxiliar (balastro magnético e condensador ou balastro eletrónico). É necessário recorrer ao uso de balastros para fazer o controlo da tensão que permite ligar a lâmpada e para limitar variações de corrente, impedindo que a resistência do gás condutor decresça. São as lâmpadas mais utilizadas em iluminação interior, com uma larga gama de temperatura de cor. cor. [29 29]] [27 27]]
3.3.5 3.3.5 Lâmpada Lâmpada Fluorescen Fluorescente te Compacta Compacta A lâmpada fluorescente compacta é considerada uma lâmpada de baixo consumo e de baixa emissão térmica. O seu principio de funcionamento é idêntico ao das fluorescentes normais, mas tem, pelo menos, um tubo de descarga para tornar a lâmpada mais compacta. O seu rendimento é menor que o da anterior, devido ao tamanho do tubo de descarga. Apesar de atingir um valor superior de temperatura de cor, as suas características não diferem muito da lâmpada fluorescente. É possível encontra-las com casquilho para substituição direta das lâmpadas de incandescência e ligação direta à rede e com refletor interno para substituição das lâmpadas de halogéneo com refletor interno; com balastro externo, convencional ou eletrónico; com casquilho de 4 contatos
3.4 Luminárias
27
para utilização com balastro eletrónico, permitindo uma regulação contínua do fluxo luminoso, possível possibilitando o seu uso em armaduras de iluminação de emergência. [29 29]] [27 27]]
3.3.6 3.3.6 LED: Díodos Díodos Emissores Emissores de Luz Um díodo é um dispositivo eletrónico composto por dois materiais distintos, ambos semicondutores, dutores, que permitem que a corrente elétrica elétrica circula circula numa única direção. A luz é o resultado da libertação de energia provocada por este movimento. Os LEDs convencionais são feitos a partir de diversos materiais semicondutores inorgânicos, produzindo várias cores. Este tipo de lâmpada tem uma eficácia que varia entre os 65 e os 100 lúmen por watt (eficiência de até 15%) e um período de vida longo (até 50000 horas). A luz é gerada através do aquecimento dos semicondutores devido ao movimento dos eletrões que se encontram no seu interior, provocado por uma tensão que lhe é aplicada. Apesar do custo inicial ser elevado, quando bem aplicados, os LEDs acabam por compensar, devido ao seu baixo consumo energético e manutenção reduzida.Para além destes aspetos, permitem maiores efeitos estéticos, com maior impacto que os meios convencionais e não contém mercúrio. É cada vez mais vulgar a utilização desta tecnologia em iluminação de emergência e iluminação decorativ decorativa. a. [29 29]] [28 28]]
3.4 3.4 Lu Lumi miná nária riass As luminárias são o equipamento que contém a lâmpada, modificando a distribuição do fluxo luminoso que esta esta produz no espaço onde se encontra encontra [33 33]]. É composta pelo recetáculo para a fonte luminosa, pelos dispositivos que modificam a distribuição espacial do fluxo luminoso (refletores, refratores) e pela carcaça, órgãos acessórios e de complementação [33 [33]]. É pretendido que esta otimize o desempenho do sistema de iluminação artificial, pelo que a sua eficiência e características devem ser avaliadas. A luminária absorve abso rve uma parte da luz emitida pela lâmpada, pelo que, quanto menor for essa parte, maior será a sua eficiência. Para tal, deve ser tido em consideração que a escolha dos materiais de que é composta, a refletância da sua superfície, a sua forma, os dispositivos de proteção da lâmpada e o seu estado de conservação têm influência neste aspeto. aspeto. [33 33]] Assim, através de dispositiv dispositivos os como refletores, refratores refratores ou difusores, difusores, a luminária luminária pode ser responsável por controlar, distribuir e filtrar o fluxo luminoso ou reduzir a quantidade de luz em certas direções.
28
Iluminação
3.5 Sistemas Sistemas de Gestão Gestão de Iluminação Iluminação Os sistemas de comando automatizado permitem um maior conforto e, em muitos casos, uma maior eficiência da energia e rendimento do espaço.
3.5.1 3.5.1 Gestão por Sistema Sistema Horário Horário A gestão horária pode ser aplicada através da utilização de um automático de escada, de um interruptor horário ou astronómico, ou recorrendo a uma gestão técnica centralizada. A utilização de automático de escada, como o nome indica, é usado em zonas de circulação, como escadas. Nestes locais, a presença contínua de pessoas não é frequente, pelo que este sistema é ativado através de um botão de pressão e desligado automaticamente. O tempo após o qual este desliga desliga a iluminação iluminação é predefinido, tendo em conta as característ características icas do local. Tem ainda um contacto de marcha forçada (interruptor), que permite a sua ativação permanente nos casos em que se justifica. A utilização de um interruptor horário, que pode ser analógico ou digital, destina-se a controlar a iluminação de zonas como uma cantina, que está em funcionamento no período de almoço e/ou à noite. Interagem em paralelo com outros comandos locais, como interruptores simples ou sistemas de gestão centralizada. O uso de um interruptor astronómico é programado baseando-se na latitude ou longitude, não necessitando de célula fotoelétrica. Os sistemas de Gestão Técnica Centralizada (GTC) permitem fazer uma gestão adequada, monitorizando, controlando, comandando e gerindo, de forma integrada, as várias instalações existentes no edifício. O sistema permite otimizar o funcionamento dos equipamentos respeitando as necessidades de conforto de cada utilizador. No caso de anomalia ou avaria, é capaz de alertar o serviço de manutenção, para que sejam tomadas as medidas necessárias à sua correção. O sistema de GTC inclui um software, que permite coordenar as diversas instalações existentes, e encontra-se, geralmente, em grandes edifícios de serviços. Estima-se que estes sistemas permitam permitam poupanças poupanças entre 15 e 20%. [34 34]. ].
3.5.2 3.5.2 Gestão por Deteção Deteção Automática utomática Como exemplos deste tipo de sistemas temos os que recorrem a interruptores crepusculares ou variadores, ou a detetores de movimento/presença. O interruptor crepuscular liga ou desliga o circuito, consoante a presença de luz natural, com auxílio de uma célula fotoelétrica instalada no exterior. O interruptor variador permite variar a intensidade luminosa presente em determinado espaço. O detetor de movimento/presença pode pertencer a uma das seguintes categorias: Sistemas por deteção de infravermelhos, sensores ultrassónicos e detetores de dupla tecnologia. Os sistemas por deteção de infravermelhos detetam que um local está ocupado, através da diferença de temperatura emitida pelo corpo humano e a temperatura da área em redor.
3.6 Equipamentos Auxiliares
29
Os sensores ultrassónicos são detetores de movimento volumétrico, para detetar que um dado espaço está ocupado. São constituídos por vários componentes: transmissor, recetores e processadores eletrónicos que permitem transmitir um som acima do intervalo do ouvido humano e medir o tempo que leva para as ondas regressarem. Os detetores de dupla tecnologia são uma junção de ambas as anteriores, permitindo uma melhor funcionalidade, maior eficiência e segurança.
3.6 Equipamen Equipamentos tos Auxiliares uxiliares 3.6.0.1 3.6.0.1 Reatores Reatores (Balastro (Balastros) s) Com o objetivo de aumentar a tensão durante a ignição e reduzir a intensidade de corrente durante o funcionamento da lâmpada, os reatores podem ser do tipo eletromagnético ou eletrónico. O segundo tipo é mais eficiente na conversão conversão de potência elétrica em potência luminosa. A maioria das tecnologias de iluminação requer balastro, pelo que a sua escolha tem grande interesse no estudo da iluminaç iluminação. ão. [29 29]]
Figura 3.11: Esquema do Posiocionamento do Balastro [ Balastro [77]
O uso do balastro eletrónico, devido ao seu funcionamento a alta frequência com menores perdas de calor, supõe uma economia de cerca de 25% de energia em comparação com um eletromagnético tradicional equivalente. Usar balastros eletrónicos com arranque por pré-aquecimento leva ao aumento da durabilidade da lâmpada em 50%, comparando com um balastro eletromagnético tradicional. Assim, o uso de balastros eletrónicos, além contribuir para a diminuição dos gastos de eletricidade e da necessidade de efetuar manutenções, ainda ajuda a reduzir as emissões de CO2 para a atmosfera e o volume de lâmpadas a reciclar.
3.6.0.2 3.6.0.2 Ignitore Ignitoress (arrancad (arrancador) or) Dispositivo presente, por exemplo, na lâmpada de vapor de sódio para, durante a ignição, fornecer um pico de tensão aos elétrodos da lâmpada, que é sobreposto à tensão da rede.
30
Iluminação
3.6.0.3 3.6.0.3 Sensor Sensor de Presença Presença Dispositivo que assegura que a luz é desligada quando as salas estão desocupadas, gerando economias significativas, em locais de ocupação intermitente/imprevisível.
3.6.0. 3.6.0.44 Dimmer Dimmerss Aparelho capaz de controlar a potência fornecida à lâmpada (normalmente lâmpadas incandescentes), descentes), através através de um circuito eletrónico. eletrónico. É possível encontrar reatores reatores com esta função em lâmpadas lâmpadas fluorescent fluorescentes. es. [33 33]]
Capítulo 4
AVAC Os sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (AVAC), usados para controlar internamente as condições ambientais, consomem uma grande percentagem de energia pelo que devem ser tidos em atenção em estudos de eficiência energética. Uma otimização das técnicas de controlo dos equipamentos de AVAC e manutenção para deteção de falhas/substituição de componentes, pode resultar em significativas reduções dos seus consumos energéticos. energéticos. [35 35]. ]. Este setor está dependente de uma grande variedade de sistemas mecânicos, elétricos e eletrónicos, que permitem controlar os valores de temperatura, humidade e a qualidade do ar no interior de um espaço, entre outros. Usualmente, os estabelecimentos escolares são dotados de alguns destes sistemas que devem ser estudados, estudados, de modo a garantir que o seu desempenho desempenho energético energético se encontra otimizado. otimizado. Para tal, segundo as Normas de Utilização dos Sistemas de Climatização, algumas soluções são propostas, como [20 [20]]:
• Manter a temperatura dos termostatos inferior a 21oC, no Inverno, e superior a 23oC, no Verão;
• Manter as janelas fechadas, no caso dos sistemas de aquecimento ou arrefecimento estarem em funcionamento;
utilização; • Reduzir a temperatura de aquecimento/arrefecimento quando o local não está em utilização; • Instalar os sensores de temperatura (exceto os exteriores que devem ser instalados numa
parede orientada a Norte ao abrigo da luz solar/fontes de calor) e termostatos longe de janelas, fontes de d e calor ou passagens de ar;
• Avaliar se o sistema de climatização dispõe de programação temporal e proceder à sua
análise, análise, ou instalar instalar dispositivos dispositivos eletrónicos eletrónicos para ajustes ajustes semanais, semanais, diários e horários, horários, caso seja benéfico;
• Reduzir as fontes de calor indesejadas, como tubagens mal isoladas; 31
32
AVAC
• Verificar periodicamente se todo o sistema de ventilação está a funcionar corretamente, ajustando, por exemplo, os variadores dos ventiladores à velocidade adequada;
• Escolher equipamentos equipamentos de alto desempenho, com classificação classificação energética energética elevada. elevada.
Nos sistemas de ar condicionado, optar por equipamentos com elevado COP (Coeficiente de Performance) e EER (Índice de Eficiência de Energia).
4.1 Caracterização dos sistemas de AVAC Os equipamentos de AV AVAC dividem-se nos seguintes sistemas: Primários: onde estão englobados os equipamentos geradores de calor/frio que (através de bombas e ventiladores) ventiladores) alimentam um subsistema ou sistema secundário. Como exemplo de sistemas primários temos:
Figura 4.1: Caldeira (à esquerda) e Chiller (à direita) da Escola Secundária Filipa de Vilhena
• Chiller, que produz frio - É responsável pelo arrefecimento de água destinada a arrefecer o local pretendido.
• Bomba de Calor, que produz calor ou frio - As bombas realizam a circulação dos fluídos no estado líquido.
• Caldeira, que produz calor - Este equipamento eleva a temperatura de um fluído, permi-
tindo, ou não, que este atinja o ponto de ebulição. A escolha do fluido térmico, depende da temperatura temperatura de trabalho trabalho necessário. (Para temperaturas temperaturas inferiores inferiores a 80o C utiliza-se água a baixa pressão; Para temperaturas superiores recorre-se a vapor, água sobrepressurizada ou fluido térmico).
• Depósitos de Inércia, que conservam calor ou frio - São um reservatório de inércia para acumulação de água, para sistemas de aquecimento ou climatização.
• Torres de arrefecimento - Podem ser de convecção natural ou forçada. As do primeiro tipo, usam-se para grandes potências e não se aplicam em utilizações de climatização. As torres de convecção forçada, usam um ventilador de insuflação à entrada ou um ventilador de exaustão à saída da torre.Este tipo de equipamento é usado (nos sistemas frigoríficos que
4.1 Caracterização dos sistemas de AVAC
33
utilizam um condensador arrefecido a água) para arrefecer a água previamente aquecida no condensador de unidades de produção de frio.
Secundários: sistemas de distribuição ou captação de energia, onde se encontram, por exemplo, as UTAN’ UTAN’ss (Unidad (Unidadee de Trata Tratamen mento to de Ar Novo) Novo) que tratam tratam o ar novo, novo, filt filtrand rando-o, o-o, aquece aquecendondoo, arrefecendo-o, humedecendo-o ou desumidificando-o, para ser fornecido ao edifício com mais ou menos recuperação. Unidades de Tratamento de Ar e de Tratamento de Ar Novo
Figura 4.2: UTA-Escola Secundária Filipa de Vilhena
A unidade de tratamento de ar novo é um equipamento que permite renovar o ar para os espaços, cujos sistemas de climatização não conseguem cobrir as necessidades de caudal de ar novo. A unidade de tratamento de ar, à semelhança da anterior, é responsável pelo tratamento do ar, sendo que esta efetua, também, a climatização do espaços. As Unidades de Tratamento de Ar (UTA’s) são equipamentos de AVAC que permitem, através de um controlador eletrónico que as monitoriza e controla, obter valores de temperatura e humidade no local predefinido. É, também, possível classificar os sistemas de AVAC como individuais ou centralizados. O primeiro, é equivale equivalente nte a um ou vários aparelho/s, aparelho/s, servindo cada um apenas um espaço do edifício, como por exemplo aparelhos de janela ou aparelhos “splits”. No caso de um sistema sistema de unidades unidades individuais, individuais, sistemas ”split”, apenas se climatiza climatiza um espaço do edifício, recorrendo a uma unidade exterior, que permuta energia térmica com uma única unidade interior.
Figura 4.3: Sistema ”multi-split”
34
AVAC
Já nos sistemas “multi-split”, a unidade exterior permuta energia térmica para climatizar grandes zonas abertas, ou um número reduzido de espaços, através de um único fluido. Um sistema centralizado (ventiloconvectores e radiadores), serve a totalidade ou a maioria do edifício e a climatização dos locais é efetuada através dum fluido térmico (ar, água ou fluido refrigerante), que pode ser o mesmo, ou não, que o que circula no circuito primário, através dos equipamentos terminais em contacto direto com o ambiente dos locais a climatizar. [36 36]] Há autores que admitem um terceiro grupo específico, ao qual chamam de sistemas semicentralizados ou sistemas modulares. Incluem-se neste caso, os sistemas de volume de refrigerante variável, nos quais o refrigerante vai até aos locais a climatizar (existência de um só circuito). Um sistema deste tipo climatiza, normalmente, entre quatro a sessenta e quatro zonas distintas interiores e apenas uma unidade exterior, pelo que é defendido que não seja classificado diretamente diretamente como sistema sistema central centralizado. izado. [36 36]] Um sistema de Volume de Refrigerante Variável (VRV), considerado um sistema modular, é constituído por uma ou mais unidades exteriores e várias unidades interiores, e recorre a um circuito de fluido frigorigéneo, destinado aos espaços a climatizar. Quanto ao fluído térmico, os sistemas centralizados podem ser classificados em "Tudo-Ar", “Tudo – Água” e “Ar - água”.
4.1.1 4.1.1 Sistemas Sistemas ”Tudo”Tudo-Ar” Ar” Num sistema ”Tudo-Ar”, ”Tudo-Ar”, o ar é aquecido ou arrefecido arrefecido com auxílio de uma Unidade Unidade de Tratamento de Ar (UTA), para ser, posteriormente, distribuído por uma rede de condutas nos locais a climatizar. A velocidade do ar pode atingir os 14m/s, 1 4m/s, sendo neste caso necessário utilizar caixas de expansão e dispositivos de insuflação especiais. [36 36]] É aplicado a edifícios onde é necessário um controlo individual das condições do ar de divisão para divisão (hospitais, escolas, etc) ou onde é exigido um controlo rigoroso da humidade, temperatura e qualidade do ar (salas de operações, bibliotecas, etc). Os sistemas sistemas tudo-ar podem ser classifica classificados dos em [36 36]: ]:
• Sistemas com volume de ar constante (VAC); • Sistemas com uma só zona; • Sistemas com várias zonas (com baterias de reaquecimento); • Sistemas com volume de ar variável (VAV); • Sistemas com duas tubagens; Os sistemas do tipo Volume de Ar Constante (VAC) são responsáveis por elevados consumos de energia para a ventilação, pelo que são cada vez menos usados. Nos sistemas com uma só zona, o ar é tratado na UTA e, posteriormente, distribuído através da rede de condutas, a uma ou mais divisões.
4.1 Caracterização dos sistemas de AVAC
35
Os sistemas com várias zonas, são adequados para edifícios que possuam zonas distintas, cujas necessidades sejam diferentes (edifícios com várias fachadas) ou para espaços com uma carga térmica interna elevada e com flutuações repentinas e de grande intensidade.
Figura 4.4: VAV (à esquerda), Ventiloconvector Ventiloconvector (ao centro) e UTA UTA (à direita)
Nas instalações de Volume de Ar Variável (VAV), a temperatura do ar insuflado é constante, enquanto o caudal de ar insuflado é feito de forma a garantir a remoção da carga térmica existente. A variação do caudal é feita nas unidades terminais, o que permite compensar a carga térmica de cada local. Estes sistemas são normalmente aplicados em situações em que as cargas térmicas de diferentes locais do mesmo edifício sofrem flutuações diferentes. Nas instalações do tipo VAV, o caudal de ar aspirado deve ter em conta as flutuações do caudal de ar insuflado, evitando variações de pressão indesejáveis. Uma variante deste sistema é o do tipo VTV, que possui o pleno retorno ou um by-pass ao retorno, permitindo permitindo a variação da temperatura temperatura do caudal principal. principal. No entanto, requerem um sistema de gestão para controlar o seu funcionamento. Nas instalações de sistemas com duas tubagens, o ar é submetido a um pré-tratamento na UTA e, posteriormente, distribuído por duas condutas, sendo uma delas equipada com uma bateria de aquecimento aquecimento e a outra com uma bateria de arrefeciment arrefecimento. o. Apesar Apesar de permitir permitir uma compensação compensação mais eficaz das cargas térmicas de cada uma das zonas do edifício pela variação da temperatura do ar insuflado, o seu custo é elevado, requer um maior espaço disponível para a rede de condutas, apresenta nível de ruído e consumos de energia elevados e controlo complexo.
4.1.2 4.1.2 Sistemas Sistemas ”Tudo”Tudo-Água Água”” Nos sistemas do tipo “Tudo – Água”, o calor ou o frio são levados ao local a climatizar, respetivamente, por água quente, previamente aquecida, ou água fria previamente refrigerada. Neste tipo de sistema é comum utilizar-se, por exemplo, ventiloconvetores ou painéis radiantes. O arrefecimento arrefecimento e desumidificação desumidificação são feitos pela passagem passagem de água fria na bateria, bateria, sendo que o arrefeciment arrefecimentoo pode ser feito na mesma bateria, bateria, ou numa outra destinada destinada ao efeito. A água que circula na bateria será fornecida por um equipamento central, de arrefecimento e aquecimento (chiller e caldeira). A humidificação não é praticada nestes sistemas, mas poderá ser feita separadamente através de humidificador.
36
AVAC
A maior vantagem dos sistemas tudo água é a sua grande flexibilidade na adaptação a diferentes tipos de edifícios. É de notar que nestes sistemas sistemas não existe um circuito de distribuição distribuição de ar novo pelos espaços.
4.1.3 4.1.3 Sistemas Sistemas ”Ar-Água ”Ar-Água”” Nos sistemas a “Ar - água”, usa-se um fluído intermédio (água) para transportar energia calorífica até aos locais que se pretendem climatizar. A água é aquecida numa unidade central (caldeira ou bomba de calor) e arrefecida num chiller . A carga térmica do local a climatizar é compensada por um equipamento local que arrefece ou aquece o ar ambiente a partir da água, arrefecida ou aquecida respetivamente. [36 36]] Os sistemas que utilizam a água como fluido intermédio podem dividir-se em [36 [36]: ]:
• Climatização usando pavimentos radiantes; • Climatização com paredes ou tetos radiantes; • Sistemas de climatização com ventiloconvectores, injetoconvectores ou vigas arrefecidas.
Capítulo 5
Sistemas Fotovoltaicos Fotovoltaicos A aplicação de energias renováveis constitui uma das medidas que podem ser tomadas não só para o aumento da eficiência energética, mas também para garantir a sustentabilidade do planeta. A produção anual de energia de origem fotovoltaica cresceu de 5GWh em 2006 para 627GWh em 2014, sendo que em 2015 se atingiram atingiram aproximadamen aproximadamente te 800GWh. [37 37]]
5.1 Caracteriza Caracterização ção dos Sistemas Sistemas Fotov Fotovoltai oltaicos cos Os sistemas fotovoltaicos podem ser divididos em sistemas ligados à rede e em sistemas autónomos. No primeiro caso, a energia elétrica produzida pelo sistema é injetada na rede pública de distribuição de eletricidade. Por outro lado, no segundo caso, pode ser necessário recorrer a baterias ou sistemas híbridos para efetuar o armazenamento e como meios de apoio complementares de produção produção de energia. energia. Esta necessidade, necessidade, surge do facto da energia produzida produzida não corresponder (maioritariamente) à procura pontual de energia do consumidor (necessidades de energia à noite, por exemplo). Os sistemas autónomos, geralmente, geralmente, são mais pequenos pequenos que os sistemas ligados à rede e são passíveis de serem encontrados em sistemas de eletricidade pertencentes a hospitais, escolas, etc. Os sistemas ligados à rede não requerem o uso de bateria para armazenar energia, visto que esta esta é toda entreg entregue ue à rede. rede. Este Este tipo de sistem sistemaa leva leva a que haja uma redução redução de perdas e de investimentos em linhas de transmissão, dado que o local de produção é próximo do local de consumo. Os sistemas autónomos, autónomos, ou isolados, podem ter, ou não, armazenamento. armazenamento. Num sistema autónomo sem armazenamento de energia, os recetores consomem de imediato a energia produzida pelos módulos fotovoltaic fotovoltaicos. os. Podem ser comutados à rede elétrica, caso não exista radiação radiação no momento, o que os torna mais eficazes e permite reduzir custos. Os sistemas isolados são constituídos por um conjunto de painéis, regulador de carga, uma ou mais baterias e inversor. O uso de baterias para armazenamento de energia torna este sistema mais caro face face ao anterior anterior.. [38 38]] 37
38
Sistemas Fotovoltaicos Fotovoltaicos
Figura 5.1: Exemplo esquemático de Sistema PV ligado à rede (à esquerda), autónomo (ao centro) e híbrido (à direita)
Existe a possibilidade de optar entre dois regimes de produção distribuída: (UPAC): a energia produzida é injetada na instala• Unidades de Produção em Autoconsumo (UPAC): ção de consumo sendo eventuais excedentes injetados na rede;
• Unidades de Pequena Produção (UPP): a energia produzida é totalmente injetada na rede. 5.1.1 5.1.1 Painéis Painéis Fotov Fotovoltai oltaicos cos A célula fotovoltaica é o constituinte mais pequeno de um painel fotovoltaico e funciona quando a luz incide sobre certas substâncias e desloca eletrões que, circulando livremente de átomo para átomo, formam uma corrente elétrica que pode ser armazenada. armazenada. [38 38]] Distinguem-se três tipos principais de células FV: as monocristalinas (atualmente as mais usadas [39 [39]), ]), as policristalinas e as de silício amorfo. As células de silício monocristalino são obtidas a partir de barras cilíndricas de silício monocristalino produzidas em fornos especiais. A sua eficiência na conversão da luz solar em eletricidade varia entre 15% e 18%. As células de silício policristalino são produzidas a partir de blocos de silício obtidos por fusão de pedaços de silício silício puro em moldes especiais, especiais, que arrefecem lentamente lentamente e solidificam. Deste modo, os átomos não se organizam num único cristal, sendo formada uma estrutura policristalina com superfícies de separação entre os cristais. A sua eficiência pode chegar aos 15%. As células de silício amorfo são obtidas através da deposição de camadas muito finas de silício sobre superfícies de vidro ou metal. A sua eficiência varia entre os 5% e os 7%. [38 38]] Na curva característica desta célula estão englobados três pontos [40 [ 40]: ]:
• MPP (Ponto de Potência Máxima): é o ponto da curva característica, onde a célula funciona à máxima potência (este ponto varia com as condições meteorológicas);
• ICC (Corrente de Curto-Circuito): é, aproximadamente, entre 5% a 15% maior do que a corrente MPP;
5.1 Caracterização dos Sistemas Fotovoltaicos
39
(Tensão de Circuito Aberto): para células cristalinas, representa aproximadamente 0,5 • VOC (Tensão a 0,6 V e, para células amorfas, aproximadamente 0,6 a 0,9 V.
Figura 5.2: String de Painéis Fotovoltaicos
Os módulos fotovoltaicos fotovoltaicos (agrupamento (agrupamento de células) células) são combinados combinados entre si, em séries e paralelos. Os módulos ligados em séries constituem as strings, também chamadas de fileiras. Neste tipo de ligação há um aumento da tensão de saída do painel, mantendo-se constante a corrente elétrica. Por outro lado, a ligação em paralelo permite manter o nível de tensão e aumentar a corrente elétrica. Ao conjunto total de módulos fotovoltaicos dá-se a designação de gerador fotovoltaico. Para minimizar as perdas de potência no sistema, apenas se devem usar módulos do mesmo tipo. Em termos termos de manuten manutenção ção e conserv conservaçã ação, o, este estess devem devem ser control controlado adoss anualme anualmente nte verific verificand andoose a segurança das conexões elétricas, se as ligações mecânicas estão intactas, a fixação dos painéis e a existência de corrosão. A chuva é normalmente suficiente para manter limpa a superfície dos módulos.
5.1.1.1 Sombreamento dos Módulos Fotovoltaicos Fotovoltaicos Em muitos sistemas ligados à rede, existem certos períodos de sombreamento difíceis de evitar. tar. Estes devem devem ser tidos em conta quando se dimensiona dimensiona a instalação de modo a determinar determinar as possíveis perdas pela exposição à sombra. As sombras projetadas sobre os painéis podem classificar-se em sombras temporárias, sombras causadas pela localização da instalação e sombras causadas pelo edifício. A curva característica do painel é modificada em função do sombreamento a que está sujeito. Desta forma, o MPP irá ser desviado, surgindo uma redução de potência. Este sombreamento pode originar graves danos, tanto na eficiência como na segurança do módulo FV. Se uma célula ficar totalmente obscurecida, passará a estar inversamente polarizada, atuando como uma carga elétrica e convertendo a energia em calor. Ao maior valor de intensidade e corrente que pode fluir através dela, chama-se corrente de curto-circuito. Se a corrente se desviar da célula solar, através de uma derivação de corrente por meio de um díodo by-pass, o aparecimento das tensões inversas elevadas indesejadas, é impedido [38 38]. ].
40
Sistemas Fotovoltaicos Fotovoltaicos
5.1. 5.1.22 Bate Bateria ria A produção de energia e o seu consumo, na sua maioria, não coincidem, pelo que o armazenamento de energia, através de baterias, baterias, é um componente importante de um sistema sistema autónomo. autónomo. Este equipamento, permite que se utilize energia, por ele armazenada, à noite.
5.1.3 5.1.3 Regulador Regulador de Carga Carga Nas instalações fotovoltaicas, o regulador de carga tem a função de proteger as baterias contra as sobrecargas e impede que estas continuem a receber carga do painel uma vez atingida a sua carga máxima, prevenindo a deteriozação das mesmas. Além destas funções, alguns reguladores de carga dispõe de funções adicionais como alarmes e monitorização.
5.1.4 5.1.4 Controla Controlador dor de Carga Carga Um controlador de carga pode ter funções como:
• Otimizar a carga da bateria; • Fornecer informação do estado da carga; [40]: ]: • Proteger contra sobrecargas. Para tal, o controlador pode [40 1. desligar o gerador fotovoltaico quando é ultrapassada a tensão máxima de carga; 2. estabelecer um curto-circuito no gerador fotovoltaico (controlador "Shunt" ); ); 3. ajustar ajustar a tensão (controlador (controlador de carga carga MPP);
5.1.5 5.1.5 Inver Inversor sor O inversor solar, que estabelece a ligação entre o gerador fotovoltaico e a rede AC, converte o sinal elétrico DC do gerador num sinal elétrico AC, ajustando-o para a frequência e nível de tensão da rede. Para fornecer a maior potência possível, o inversor deve funcionar no ponto MPP do gerador fotovoltaico. Alguns inversores também têm função de regulador de carga das baterias, dispensando o uso de regulador na instalação.
5.1.6 5.1.6 Condutor Condutores es e Cabos Cabos Elétricos Elétricos Para o correto dimensionamento de um sistema fotovoltaico é necessário ter em conta o dimensionamento mensionamento da cablagem que este exige. A sua escolha deve ser feita de forma a conferir ao cabo as características e qualidades desejadas, técnica e economicamente.
5.1 Caracterização dos Sistemas Fotovoltaicos
41
Um condutor é formado pela alma condutora e pela camada isolante. A alma condutora pode ter diferentes tipos de metais condutores, secções nominais e composições, que condicionam a flexibilidade e a resistência do condutor. Se o condutor possui revestimento exterior, o qual assegura a proteção química e mecânica do cabo, é chamado de cabo monopolar. Um cabo multipolar é formado por vários condutores, os quais são eletricamente distintos. Esse revestimento pode ser feito através de vários materiais isolantes como o PVC, PE e PEX. O Polietileno Reticulado (PEX) oferece melhor estabilidade térmica e melhores características mecânicas, permitindo admitir para este material temperaturas máximas da alma de 90 o C em regime permanente. O Policloreto de Vinilo (PVC), apresenta boas características elétricas (rigidez e resistência de isolamento) e mecânicas (resistência à corrosão, envelhecimento, etc.), mas também gera perdas dielétricas. Admite uma temperatura máxima em regime permanente de 70o C. As misturas à base de PVC são muito utilizadas em baixa tensão, havendo a possibilidade do seu emprego em média tensão, em tensões de serviço até 10kV.
5.1.7 5.1.7 Quadros Quadros Elétricos Elétricos A um conjunto de equipamentos convenientemente agrupados, destinados a proteger, comandar ou controlar instalações elétricas, dá-se o nome de quadro elétrico. É nestes quadros que se encontram os dispositivos para proteção dos circuitos elétricos contra sobreintensidades e para proteção das pessoas contra contactos diretos ou indiretos [38 [38]. ].
5.1.8 5.1.8 Dispositiv Dispositivos os de Proteção Proteção Os dispositivos de proteção têm a função de proteger os elementos que constituem a instalação elétrica contra diferentes tipos de defeitos que possa ocorrer, sendo que os principais tipos de defeitos que podem ocorrer num circuito são: sobreintensidades, sobretensões e subtensões. Para proteger os circuitos contra sobreintensidades são usados disjuntores de baixa tensão ou corta-circuitos fusíveis, que interrompem, automaticamente, a passagem da corrente no circuito. Esta proteção evita que haja um sobreaquecimento dos condutores, o que poderia originar um incêndio.
42
Sistemas Fotovoltaicos Fotovoltaicos
Capítulo 6
Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica Na área da iluminação, nas edições do Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica de 2007 a 2012, foi promovida a utilização de lâmpadas fluorescentes compactas (LFC) em residências, enquanto que no PPEC 2013-2014 2013-2014 foi promovida a lâmpada incandescente melh melhora orada da de clas classe se “C” “C” ao invé invéss da prime primeira ira.. Tend Tendoo em cont contaa os crité critério rioss de valor valoriz izaç ação ão no PPEC 2017-2018, a iluminação dicroica de halogénio standard deverá deverá ser substituída pela iluminação LED. [41 [41]] Uma forma de poder comparar lâmpadas e luminárias é através do Índice de Eficiência Energética (IEE), que compara quantos luméns são gerados por watt absorvido. Essa informação é dada através das suas etiquetas energéticas, ilustradas na figura, onde A++ representa uma lâmpada mais eficiente eficiente que uma uma de classe E. [8].
Figura 6.1: Modelo de etiqueta energética de uma lâmpada (à esquerda) e de uma luminária (à direita) [ [8 [8]
O cálculo para a classificação energética, é feito segundo o procedimento especificado na norma UNE 50285:1999, em função da potência e do fluxo luminoso da lâmpada. [28 28]] 43
44
Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica
Quanto aos sistemas de aquecimento e arrefecimento, valoriza-se o uso de sistemas eficientes, designadamente a aplicação de bombas de calor em alternativa aos meios tradicionais. Incentiva-se medidas inovadoras de gestão de procura como controlo dos consumos de standpotência, controlo controlo de variáveis variáveis ambientais ambientais (temperatura (temperatura ambiente), utilização utilização de by, controlo de potência, equipamentos de contagem com informação sobre o consumo, preço e emissões de CO2. A promoção de medidas de eficiência energética, à semelhança das acima referidas, no setor do Estado (como a Escola Secundária Filipa de Vilhena), também será valorizada, dadas as metas de eficiência energética traçadas para este setor a quem também pertencem as maiores falhas de mercado. mercado. As medidas a valorizar valorizar no setor setor do Estado são [41 41]: ]:
• Instalação de painéis solares, visando uma redução no consumo elétrico, em aplicações de aquecimento de água e climatização de espaços;
• A instalação de sistemas de gestão de iluminação pública; • A substituição de balastros eletromagnéticos, de luminárias ineficientes e a instalação de semáforos de LED.
O comportamento dos consumidores deve ser tido em conta, devendo continuar a ser promovidas medidas para mudança do comportamento, no que diz respeito à consciencialização energética nas escolas, escolas, em casa e no trabalho. trabalho. Esta conscienciali consciencialização zação contribui contribui para o decréscimo do desconhecimento das tecnologias mais eficientes e dos seus potenciais benefícios. É usual a população população evitar introduzir introduzir novas novas tecnologias tecnologias por não as conhecer conhecer ou por serem, na sua maioria, dispendiosas. É importante que se relacione esse investimento inicial com a redução dos custos de funcionamento. Outra Outra difi dificul culdad dadee do uso destas destas tecnol tecnologia ogias, s, prende-s prende-see no facto facto de serem serem escass escassos os os incent incentiv ivos os envolvidos na seleção de equipamentos e gestão de energia das instalações. A utilização racional de energia, visa oferecer o mesmo nível de produção de bens, serviços e conforto, recorrendo a tecnologias que geram consumos menores de energia diminuindo, assim, as emissões poluentes, incluindo os gases de efeito de estufa. Além destas vantagens, é criada uma maior competitividade entre as empresas, reduzidas a fatura e dependência energéticas do país e a intensidade energética da economia.
Capítulo 7
Qualidade da Energia Relativamente ao fornecimento de energia, idealmente, obter-se-ia uma onda de tensão de qualidade, ou seja, com uma tensão sinusoidal, com frequência de 50Hz, equilibrada e com valor eficaz dentro dentro dos limites limites contratuais. contratuais. No entanto, na prática, não é possível possível assegurar assegurar que assim seja. Entre Entre os probl problem emas as de qual qualid idad adee de ener energi gia, a, a inte interru rrupç pção ão do forne forneci cime ment ntoo const constit itui ui o de maio maiorr gravidade, uma vez que afeta todos os equipamentos ligados à rede elétrica, exceto se alimentados por UPSs (Sistemas de Alimentação Ininterrupta) ou geradores de emergência. Contudo, existem existem outros problemas que afetam a operação operação de alguns equipamentos equipamentos.. Para regulamentar este tipo de perturbações nas redes/instalações, foi criada a EN 50160 onde se definem/descrevem quais os parâmetros essenciais a controlar para as situações seguintes:
• Desequilíbrio de tensão (i); • Cavas de Tensão (ii); • Variações rápidas e cíclicas de tensão (efeito “flicker”) (iii); • Oscilações e variações de frequência (iv); • Sobretensões (v); • Distorção de onda de tensão decorrente da presença de harmónicos (vi). 7.1 Desequ Desequilíb ilíbrio rio de tensão tensão O desequilíbrio de tensão acontece quando os valores eficazes das tensões ou os ângulos de desfasamento entre fases consecutivas não são todos iguais, o que poderá ter origem em diversas situações como:
• Uma distribuição não equitativa das cargas monofásicas; 45
46
Qualidade da Energia
• Possibilidade de existência de enrolamentos dos transformadores com impedâncias assimétricas;
• Existência de sobrecargas ou desequilíbrios em diversos equipamentos; • Existência de curto-circuitos entre fase e neutro que não tenham sido detetados. Os desequilíbrios de tensão nas instalações cujos equipamentos são monofásicos, são bastante comuns, podendo provocar os seguintes problemas:
• Sobrecargas nos condutores; • Sobreaquecimento nas máquinas rotativas; • Diminuição na capacidade de transporte das canalizações elétricas; • Mau funcionamento de sistemas eletrónicos. 7.2 Cava Cavass (ocos) (ocos) de tensão tensão Segundo a norma EN 50160, uma cava de tensão consiste numa redução temporária de tensão, para um valor situado entre 90 % e 1% do seu valor eficaz, durante um período entre 10ms e 1 min. Este período é o tempo que decorre desde o instante em que a tensão eficaz, decresce abaixo do valor de tensão de arranque, até ao instante em que atinge o limite final. Não está estabelecido um número típico de cavas numa instalação, mas, admite-se esperar um valor entre entre as dezenas dezenas e um milhar milhar por ano. [9].
Figura 7.1: Exemplo de uma Cava de Tensão [9 [9]
A ocorrência de cavas pode ser devida à ocorrência de um arranque de uma carga de grande dimensão como de um motor de potência muito elevada ou devida a problemas nas redes de transporte e distribuição provocados, por exemplo, pela ocorrência de descargas atmosféricas. Destas perturbações podem surgir problemas como:
• Perturbações nos contatores; de variadores de velocidade; • Reset de
7.3 Variações Variações rápidas e cíclicas de tensão (efeito “flicker”)
47
de redes de comunicações; • Reset de de autómatos e sistemas de supervisão. • Reset de
7.3 Variações ariações rápidas rápidas e cíclicas cíclicas de de tensão tensão (efeito (efeito “flicker”) “flicker”) Segundo a norma EN 50160, uma flutuação de tensão é uma série de alterações da tensão, as quais estão, normalmente, normalmente, associadas associadas ao efeito de “flicker” (perceção (perceção visual da ocorrência de variações de luminosidade). O efeito de “flicker” é normalmente devido a flutuações de tensão resultantes de quedas de tensão rápidas (em aparelhos como geradores eólicos, ventiladores de grande potência, etc.), que provocam flutuações visíveis na iluminação. O principal problema gerado pelas flutuações de tensão, dá-se quando se atingem variações de luminância elevadas o que, além de desagradável, pode provocar ou agravar problemas de saúde. [12 [12]]
7.4 Oscilações Oscilações e variações variações de frequência frequência As oscilações de frequência, relacionadas com a tipologia das cargas e da capacidade dos dispositivos de comando e controlo em se adaptarem às necessidades, não são muito comuns. Estas variações podem ser provocadas devido à falta de estabilidade entre a capacidade produtiva tiva e as necessidades necessidades de absorção de energia, energia, à ocorrência ocorrência de avarias avarias numa central de produção produção de energia, à colocação de uma linha de transporte fora de serviço ou à diminuição brusca de consumo. Os principais problemas que advém destas perturbações são [12 [12]: ]:
• Alteração do funcionamento dos equipamentos que dependem da frequência como referencial temporal;
• Sobreaquecimento de fontes de alimentação; • Variação da potência debitada pelos motores AC. 7.5 7.5 Sobr Sobrete etens nsõe õess Uma sobretensão é o aparecimento importuno de uma variação no valor instantâneo da amplitude de tensão e podem ser classificadas como sendo de baixa ou alta frequência. As sobretensões de baixa frequência são as que ocorrem com frequência igual à da rede, as sobretensões de alta frequência são as que ocorrem com frequência superior. Os sistemas elétricos de energia podem ser alvo de uma sobretensão devido a, por exemplo, descargas atmosféricas. Em consequência, podem surgir problemas como:
48
Qualidade da Energia
• Danos no isolamento elétrico em equipamentos como cabos; • Avarias e anomalias no funcionamento de dispositivos elétricos; • Problemas de memória nos sistemas digitais; • Atuação indesejável de centrais de alarme. 7.6 Distorção Distorção da onda onda de tensão tensão pela presença presença de Harmón Harmónicos icos A presença de harmónicos, é detetada através da deformação da onda de tensão ou da onda de corrente e é responsável por aumentos dos custos de energia, envelhecimento dos materiais e perdas de produtividade. As correntes harmónicas são geradas pelas cargas não-lineares, que por sua vez, pela sua circulação geram tensões harmónicas e uma deformação na tensão de alimentação. As cargas lineares são as cargas em que a forma de onda de tensão e corrente se mantêm sinusoidais. Geralmente, este tipo de cargas são constituídas por resistências, indutâncias e capacitâncias. As cargas não-lineares, correspondem às cargas que absorvem corrente com forma de onda distinta da forma de onda da tensão que as alimenta (sinusoidal). Este tipo de cargas são essencialmente constituídas por eletrónica de potência (diodos, transistores e tiristores) que está presente em equipamentos industriais como máquinas de solda, computadores, ou iluminação. Perturbações como o aquecimento dos condutores elétricos, sobreaquecimento dos condutores de neutro, devido à soma dos harmónicos de 3a ordem, tensão elevada entre o neutro e terra e disparos de dispositivos de proteção, podem ser causadas pela presença de harmónicos. O impacto económico resultante desta presença é refletido, por exemplo, no aumento dos custos energéticos (a existência de harmónicos leva a que seja necessário um nível de potência superior a contratar); à diminuição do tempo de vida útil dos equipamentos/materiais ou à ocorrência de disparos intempestivos, intempestivos, levando levando à paragem de instalações. [12 12]]
Capítulo 8
Caso de Estudo
É objeto de estudo desta dissertação a Escola Secundária Filipa de Vilhena, no Porto.
A escola requalificada passa, em 2009, a ter capacidade para 42 turmas, contando para isso com 43 salas de aula, 5 laboratórios, ginásio requalificado, campo de jogos coberto, auditório, biblioteca, espaço polivalente, polivalente, refeitório, bar, campo de jogos coberto, entre outros. [42 42]]
A sua estrutura é dividida em três blocos, os quais chamados de ”Corpo A”, ”Corpo B” e ”Corpo C”. Recorrendo ao software AutoCAD e às plantas do edifício, é possível analisar melhor cada um destes espaços.
O corpo A, é o bloco de maior dimensão, constituído por quatro pisos cujos espaços e respetivas áreas podem ser observados nas tabelas abaixo apresentadas.
No Piso -1 deste bloco, é possível encontrar o polivalente, a sala de música, a sala de ginástica e vários espaços destinados a arrumar material. 49
50
Caso de Estudo Tabela 8.1: Corpo A, Piso -1
CÓDIGO DESIGNAÇÃO DIMENS ENSÃO[m2] a-100 Aprendizagem Informal 26.78 a-101 Circulação 66.09 a-102 Circulação 57.14 a-103 Circulação 189.22 a-104 Circulação 3.55 a-105 Sala Aula 51.84 a-106 Sala Aula 52.33 a-107 Sala Aula 52.33 a-107 Sala de Música 69.87 a-110 Sala Ginástica/Exp. 105.30 a-111 Auditório/Polivalente 105.12 a-113 Sala Pessoal 28.30 a-114 Vest. Pessoal Fem. 10.18 a-115 Vest. Pessoal Masc. 10.76 a-116 Arr. Mat. Ext. 8.73 a-117 Arrecadação 4.63 a-118 Arrecadação 10.59 a-119 Arrumos 24.59 a-120 Arrecadação 4.97 a-121 Arrecadação 2.62 a-122 Área Técnica 6.24
51
Caso de Estudo Tabela 8.2: Corpo A, Piso 0
CÓDI CÓDIGO GO DESI DESIGN GNA AÇÃO ÇÃO DIME DIMENS NSÃ ÃO[m2 O[m2]] a 0 02 Circulação 45.88 a 0 03 Circulação 171.16 a 0 04 Circulação 6.20 a 0 06 Circulação 13.08 a 0 08 Circulação 29.56 a 0 09 Secr. Dir. 11.14 A 10 Secretaria 59.59 a 0 11 Gab. Admin. 11.42 a 0 11 Circulação 70.6 a 0 12 SASE 13.13 a 0 13 Área administrativa 37.58 A 01 3 Gab. Cont. 12.88 A 01 4 Arquivo 12.88 A 01 5 Conselho Geral 26.77 a 0 16 Gab. Dir. 27.35 a 0 17 Sala Direção 52.80 a 0 18 Gab. Atend. 9.27 a 0 19 Gab. Atend. 11.64 a 0 20 Gab. Atend. 11.87 a 0 21 Gab. Dir. Turma 35.84 a 0 22 Gab. Psic. 26.63 A 02 3 Ass. Pais 26.13 a 0 24 Sala Reuniões 34.65 a 0 25 Sala Trab.Prof.1 35.15 a 0 26 Sala Trab.Prof.2 34.82 a 0 27 Sala Trab.Prof.3 35.15 a 0 28 Sala Reuniões 34.82 a 0 29 Sala Reuniões 29.70 a30 Sala Prof. 86.41 a 0 31 i.s. Prof. Fem. 12.47 a 0 32 i.s. Prof. Masc. 12.86 A 03 3 I .S 3.85 a 0 34 Servidor 13.67 A 03 5 Arrumos 2.29 a 0 36 Espaço Técn. 4.77
No Piso 0 do Corpo A, é possível encontrar os espaços destinados ao trabalho dos docentes, tal como salas de professores, gabinetes de atendimento, salas de reunião e salas destinadas à administração.
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Caso de Estudo Tabela 8.3: Corpo A, Piso 1
CÓDIGO DESIGNAÇÃO DIMENSÃO[m2] a101 Circulação 69.34 a103 Circulação 199.41 a 103 b Circulação 4.94 a104+ a104+a1 a102 02 Apre Aprend nd.. Inform Informal al+C +Cir irc. c. 30.83+ 30.83+44. 44.27 27 a105 Sala Aula 57.67 a106 Sala Aula 50.41 a107 Sala Aula 52.7 a108 Sala Aula 50.41 a109 Sala Aula 52.80 a110 Sala Aula 49.93 a111 Sala Aula 52.80 a112 Sala Aula 60.06 a113 Sala Aula 52.80 a114 Sala Aula 50.74 a115 Sala Aula 50.14 a116 Sala Aula 53.46 a117 Sala Aula 50.43 a118 Sala Trab. Prof.5 35.17 a119 I.S.Fem. 26.94 a120 I.S.Masc. 26.24 a121 Arr. 4.97 a122 Área Técnica 8.83
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8.1 Análise do Tarifário Tarifário Tabela 8.4: Corpo A, Piso 2
CÓDI CÓDIGO GO DESI DESIGN GNA AÇÃO ÇÃO DIME DIMENS NSÃ ÃO[m2 O[m2]] a 2 02 Circulação 44.27 a203a Circulação 4.94 a 2 03 Circulação 199.81 a 2 04 Acesso Cobertura 29.95 a 2 05 Sala Aula 57.67 a 2 06 Sala Aula 49.93 a 2 07 Sala Aula 52.80 a 2 08 Sala Aula 49.93 a 2 09 Sala Aula 52.80 a 2 10 Sala Aula 49.93 a 2 11 Sala Aula 52.80 a 2 12 Sala Aula 60.06 a 2 13 Sala Aula 52.80 a 2 14 Sala Aula 50.74 a 2 15 Sala Aula 50.41 a 2 16 Sala Aula 52.80 a 2 17 Sala Aula 50.41 a 2 18 Sala trab. Prof.6 34.65 a 2 19 I.S. Fem. 26.94 a 2 20 I.S.Masc. 26.23 a 22 1 Arr. 4.94 a 2 22 Aprend. Informal 26.92 Nos pisos 1 e 2 do Corpo A, encontram-se a maioria das salas de aula da escola. A cantina, a cafetaria e respetivos espaços de confeção e preparação, localizam-se no Piso -1 do Bloco B. É também neste espaço que estão a reprografia e o PT. No Piso 0 encontram-se a biblioteca biblioteca e vários laboratórios. laboratórios. No piso 1 é possível possível ter acesso às salas de TIC, à oficina de informática, aos estúdios de multimédia e às salas de desenho técnico. No Piso 0 do Corpo C está localizado, localizado, entre outros, o ginásio da escola destinado destinado às aulas de educação física e atividades noturnas. No piso -1 encontram-se os balneários. A constituição dos Corpos B e C pode ser consultada com mais pormenor nos anexos.
8.1 Análise Análise do Tarifár arifário io Atualmente, devido à liberalização do mercado de energia, é possível optar entre diversas tarifas e fornecedores de modo a escolher a opção contratual tarifária mais vantajosa. Determinar esta opção, é de extrema importância, pois pode ser possível diminuir o valor da fatura energética, sem que para isso seja necessário qualquer tipo de investimento. O edifício em estudo, tem potência requisitada de 292,95 kVA e potência instalada de 630,00 kVA. A potência contratada sofreu alteração em Dezembro de 2015, passando de 292,95 kW para 130,34 kW. O ciclo horário mantém-se: ciclo Semanal com feriados.
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Caso de Estudo
Foram estudadas estudadas faturas faturas da escola escola do ano de 2016. Apenas foram tidas em conta faturas faturas dos últimos meses devido a mudança contratual efetuada pela Escola.
Figura 8.1: Energia Ativa Consumida pela Escola
Verifica-se que a maioria destes consumos são feitos nos períodos de Cheia e Ponta ( 8 ( 8.1 .1), ), períodos esses que coincidem com o período de funcionamento da escola. Nos períodos em que o edifício não está em funcionamento, existe na mesma energia consumida devido a equipamentos que nunca são utilizados. Inicialmente, comparou-se o presente tarifário com outros da mesma entidade, neste caso, a E.D.P., chegando à conclusão que não existe uma melhor solução do que a que já vigora atualmente. Uma mudança para um destes tarifários, poderia trazer o aumento indesejável desde 14% até 29%, aproximadamente ( 8.5 ( 8.5). ). De seguida, foram estudados tarifários de média tensão de outras empresas, concluindo-se que é possível possível reduzir alguns euros na fatura. O tarifário estudado estudado da Endesa, oferece oferece o valor de poupança mais alto, quase 8% ( 8.5 ( 8.5). ). Tabela 8.5: Comparação Tarifários Eletricidade
Atual EDP Comercial Total a Pagar (Eur.) Atual Desvio (Euros) Diferença (%)
Ende En desa sa Iber Iberdr drol olaa
Fenos enosaa
EDP EDP EDP Universal Universal Universal Longas Médias Curtas Util. Util. Util.
10500.3
997728.02
10228.8
9803.9
12322.0
12520.1
14654.7
10500.5
1100500.5
10500.5
1100500.5
10500.5
10500.5
10500.5
-0.1
-772.4
-271.7
-696.8
1821.6
2019.6
4154.3
0.0
-7.94
-2.7
-7.11
14.78
16.13
28.4
Em média, a escola gasta 3722 euros por mês em faturas de eletricidade. eletricidade. Assim, num ano, gasta um valor valor próximo a 44665 euros. Com o tarifário proposto, proposto, esse valor passaria passaria a ser de 41119 euros, ou seja, seria possível poupar 3546,6 euros anualmente.
8.2 Iluminação
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A partir da análise das faturas é ainda possível verificar que anualmente a faturação da energia reativa não chega a 0,6% do total, valor este, no qual tem influência a bateria de condensadores instalada.
8.2 8.2 Ilum Ilumin inaç ação ão Em grande parte dos edifícios, o sistema de iluminação encontra-se fora dos padrões técnicos adequados, devido a iluminação em excesso, falta de aproveitamento da iluminação artificial, uso de equipamentos equipamentos com baixa eficiência eficiência luminosa, falta de interruptores, interruptores, ausência de manutenção manutenção e/ou hábitos de uso inadequados. [33 33]] A Iluminação dos estabelecimentos escolares constitui uma parcela importante do consumo de energia, tendo um impacto elevado no consumo total da instalação. Uma das medidas mais genéricas para a redução de consumos, é a consciencialização dos utilizadores para a correta utilização das luzes, desligando-as quando não forem necessárias. Como tal, é sugerido que se façam campanhas informativas e se disponibilize informação pertinente, em locais estratégicos. Outras formas de reduzir no setor em questão questão são: aproveitar aproveitar o máximo de luz natural, diminuindo a utilização de iluminação artificial; pintar os interiores dos espaços com cores claras para favorecer a reflexão da luz; escolher luminárias com superfícies refletoras de alto desempenho; fazer uma limpeza adequada às entradas entradas de luz natural, natural, lâmpadas lâmpadas e luminárias; luminárias; utilizar sensores de presença em espaços espaços que assim justifiquem; justifiquem; usar equipamentos equipamentos que permitam regular o fluxo luminoso, principalmente em casos com predominância de iluminação natural; usar balastros eletrónicos nas lâmpadas de fluorescentes tubulares; utilizar lâmpadas de descarga do tipo de vapor de sódio de alta pressão em locais com tetos altos; verificar os níveis de iluminação; posicionar os locais de trabalho de forma estratégica; instalar dispositivos de controlo (interruptores temporizados; controlo automático, programado mediante hora; fotocélula) caso o seu uso seja justificado; substituição eficiente de lâmpadas.
Iluminação no Edifício A partir da análise das plantas do edifício (com data de 2010), em que se recorreu ao AutoCAD, foi possível determinar, segundo o projeto, a dimensão dos diferentes espaços, o número de luminárias luminárias neles existentes existentes e o seu tipo. Apresentam-se Apresentam-se,, de seguida seguida , os dados atuais recolhidos, relativos ao piso 1 do Corpo B (os restantes dados estão disponíveis para consulta em anexo).
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Caso de Estudo Tabela 8.6: Iluminação: Corpo B, Piso -1
Código b 1 01 b 1 02 b 1 03 b 1 05 b 1 05 b 1 05 b 1 05 b 1 09 b 1 09 b 1 10 b 1 11 b 1 12 b 1 13 b 1 14 b 1 15 b 1 16 b 1 17 b 1 18 b 11 9 b 12 0 b 1 21 b 1 22
Designação Dimensão Luminária Quantidade Circulação 26.71 A2.1 2 Circulação 168.13 a2 a 2.1+a2.2 14+8 Circulação 57.70 a2.2 9 Desenho Técnico/Geom. 80.79 A1.2 12 Desenho Técnico/Geom. 100.27 a1.2 15 Desenho Técnico/Geom. 100.02 a1.2 15 Desenho Técnico/Geom. 81.34 a1.2 12 Estúdio Multimédia 80.61 a1.2 12 Estúdio Multimédia 33.96 a1.2 6 Oficina Informática 62.81 a1.1 12 Salas TIC 53.68 a1.1 9 Salas TIC 55.17 a1.1 9 Salas TIC 53.54 a1.2 9 Arr. Eq.Inf. 9.49 a5 1 Arr. Eq. Áudio 7.54 a5 1 Anexos/Arquivos 34.09 a5 3 Anexos/Arquivos 5.61 a5 1 Anexos/Arquivos 13.12 A5 2 Arr. 2.0 a12 1 Circ. 3.08 a4 1 Acesso Cobertura 11.18 a5 1 Área Técnica 7.23 a5 1
Deste modo, foi possível verificar que a escola tem 1204 luminárias, das quais 624 estão no Corpo A, 476 no Corpo B e 104 no Corpo C. Há predominância de luminárias do tipo A1.2 e A2.1. O equipamento A1.2 corresponde a um aparelho de iluminação para instalação saliente com uma lâmpada fluorescente do tipo T5 de 49W, da cor 840 da Trilux e o tipo A1.1 a uma similar de potência 35W. 35W. O equipamento A2.1, corresponde a uma luminária com 50 mm, para montagem em caixa de gesso cartonado no teto falso e uma lâmpada fluorescente do tipo T5 de 35W, da cor 840, da Tupoli. O tipo A2.2 corresponde a uma luminária idêntica, mas com uma lâmpada de 49W. O aparelho de iluminação A4 serve para instalação encastrada em tetos, tem IP54 (Fornecem um grau de proteção contra a poeira e salpicos de água) e é equipado com balastro eletrónico e uma lâmpada fluorescente compacta com 14W, de cor 840. O equipamento do tipo A5, destinado a montagem saliente no teto, tem IP 65 (Proteção à prova de poeira e contra jatos de água), sendo equipado com balastro eletrónico e uma lâmpada fluorescente T5 de 49 W da cor 840.
8.2.1 Qualidade da Iluminação Iluminação Atual e Possível Possível Redução de Potência Potência Para Para avali avaliar ar a qualid qualidade ade da Ilumina Iluminação ção Atual, Atual, recorre recorreu-se u-se ao DIALux DIALux e a mediçõ medições es presenc presenciai iais, s, com auxílio de um luxímetro (Modelo: DL-201 da Tenmars).
8.2 Iluminação
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O DIALux é um software disponível gratuitamente, que visa auxiliar em projetos de iluminação, transversal às marcas dos fabricantes, permitindo calcular os níveis de iluminância máxima e mínima, a uniformidade da iluminação e a quantidade de luminárias necessárias para respeitar a iluminância média requerida no Manual da Parque Escolar. O luxímetro é um aparelho de medição que consegue medir a iluminância de determinado local, através da medição da intensidade de luz que chega ao seu sensor. (O certificado de calibração do equipamento utilizado encontra-se em anexo). Quando se verificou que os valores de iluminância média se encontravam elevados comparativamente aos valores de referência, estudou-se a hipótese de reduzir a potência instalada no espaço. Nos casos em que assim foi possível, foi feito o estudo económico de modo a verificar se a solução proposta seria ou não viável. No DIALux, foi preciso ter em conta a geometria do espaço, a distribuição fotométrica das luminárias, a altura do plano de trabalho, o coeficiente de reflexão das superfícies e a altura a que se encontra a luminária e o seu tipo. Como tal, não existiu necessidade necessidade de proceder proceder ao desenho desenho e cálculo de todos os espaços da escola, visto que muitos deles (como ( como as salas de aulas, por exemplo) são semelhantes. De seguida, é possível perceber o tipo de metodologia usada para alguns dos 93 espaços-tipo analisados.
Figura 8.2: Sala de Aula desenhada no DIALux (à esquerda) vs. Sala de Aula Real (à direita)
De acordo com o Manual da Parque Escolar, definiu-se o grau de reflexão do teto, paredes e pavimento como sendo 70%, 50% e 20%, respetivamente, e o Plano de Uso/trabalho (Height) e a Zona Marginal Marginal (Wall (Wall Zone) como 0,8 e 0,4 metros, respetivamente respetivamente.. A uniformidade (valor (valor mínimo/valor máximo) deve ser de 0,5, excluindo uma moldura de 40 cm em torno de todo o local. A zona de cálculo cálculo para efeitos de uniformidade exclui, exclui, como recomendado, recomendado, uma moldura de 40cm em torno de toda a sala. Ainda neste manual, é sugerido que a redução/aumento do nível de iluminação nos espaços de ensino seja feito por substituição de lâmpadas. No entanto, serão analisadas outras soluções, no caso de somente a substituição não ser possível ou não resolver o problema. De acordo com a norma EN 60081, consideram-se consideram-se os valores valores de fluxo luminoso nominal nominal das lâmpadas para a temperatura standard , 25o C.
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Caso de Estudo
A análise à iluminação iluminação depende, entre outros outros fatores, do horário e do local em estudo. O seu controlo é feito com auxílio auxílio da GTC (Gestão Técnica Centralizada Centralizada), ), que controla controla os vários tipos de circuitos de iluminação: permanente, por intervalo, dependente de sensor, noturna e manual.
Figura 8.3: Controlo da Iluminação no Bloco/Corpo B, piso -1
Após análise, concluiu-se que a iluminação permanente está em uso durante 17 horas por dia. Este tipo de iluminação (que pode ser encontrado em corredores e na cantina), caracteriza-se por estar sempre ligado, usando apenas uma percentagem das lâmpadas existentes no espaço.
Figura 8.4: Controlo da Iluminação no Bloco/Corpo C, piso 1
A iluminação de intervalos liga todas as lâmpadas existentes e funciona, como o nome indica, por intervalos, intervalos, ao longo do dia. Estes intervalos intervalos variam variam entre 10 e 30 minutos e ao fim de um dia somam 180 minutos, ou seja, 3 horas. Pode ser encontrada nos corredores, local onde há maior movimento durante esses períodos de funcionamento. Além destes dois tipos, podemos encontrar também a iluminação crepuscular que recorre, tal como o nome indica, a um sensor que ativa o circuito, consoante a luminosidade natural no espaço. Pode ser encontrada no ginásio e cantina, por exemplo.
8.2 Iluminação
59
Existe ainda a iluminação noturna, em funcionamento no ginásio e nos acessos a este, que se caracteriza por estar ligada à noite. Noutros tipos de espaços, como salas de aulas, aulas, em que cada uma contém um quadro elétrico, o controlo da iluminação é feito pelos usuários (professores). Considerar-se-á que o seu funcionamento ocorre durante 8 horas diárias, visto que este período é variável ao longo do ano. A escala de cores usada ao longo deste sub-capítulo, para interpretação dos níveis de iluminância determinados pelo DIALux, pode ser vista na figura 8.11. 8.11.
Figura 8.5: Escala de cores usada nas figuras deste sub-capítulo, via DIALux
Restaurante/Cafetaria Restaurante/Cafetaria (Polivalente) (Polivalente) Mais conhecido por cantina, este espaço tem 307 , 03m2 e está equipado com 47 lâmpadas fluorescentes fluorescentes do tipo T5, na sua maioria de 49W, 49W, da cor 840. Inicialmente Inicialmente,, todas as lâmpadas eram de 35W, mas, devido a avaria, foram sendo trocadas por lâmpadas de potência superior. Para este local o valor de referência é de 200 lux. Durante as horas com menor incidência de luz natural (Caso B), ambos os circuitos estão ligados. ligados. Porém, nos períodos com maior incidência, incidência, apenas um circuito está em funcionamento funcionamento (Caso A). Este controlo é feito, como referido anteriormente, pelo software GTC, com auxílio de um sensor crepuscular. Para o Caso A (funcionamento durante o dia, na presença de luz natural), no DIALux, obtémse uma iluminância média de 873 lux, a qual é muito superior ao valor de referência (200 lux), e uniformidade uniformidade (0,18), sendo este bastante inferior inferior ao valor mínimo. Na figura 8.6 8.6 é é possível visualizar a distribuição destes valores.
Figura 8.6: Distribuição dos Valores de Iluminância na Cantina para o caso A Atual
Para o caso B (período com pouca luz natural), no DIALux, obtém-se uma iluminância média de 378 lux (também acima do valor mínimo) e uniformidade 0,35. Com auxílio do luxímetro, foi possível também medir o valor da iluminância para este local (durante um período com pouca incidência de luz natural, com apenas um circuito ligado). Determina-se que a iluminância média, para o mesmo, é de 270 lux.
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Caso de Estudo
Usando uma lâmpada com 35W de potência, potência, é possível possível obter uma iluminância iluminância média de 197 lux e uniformidade de 0,32, para o pior caso (sem iluminação natural), não necessitando de usar o outro circuito. Assim, à poupança gerada pela redução de potência de algumas lâmpadas de 49W para 35W, soma-se a poupança gerada pela retirada do circuito de iluminação crepuscular ( do qual fazem parte 16 lâmpadas).
Figura 8.7: Distribuição dos Valores de Iluminância na Cantina para o caso B Atual - Legenda 8.11
Figura 8.8: Escala de cores, via DIALux
Quanto ao valor da uniformidade, é possível melhorá-lo, se se alterar a programação do GTC, ligando permanentemente as lâmpadas da terceira fila (as lâmpadas mais afastadas das janelas), em vez de estarem intercaladas, intercalar as da segunda fila em vez de estarem todas acesas e desligar as da fila mais próxima da janela.
Sala de Alunos (Polivalente) O polivalente tem 223, 63m2 e está equipado com 9 lâmpadas fluorescentes T5 de 35W, da cor 840. Para este local, o valor de referência é de 200 lux. Para o Caso A, no DIALux, obtém-se uma iluminância média de 294 lux, apenas um pouco superior ao valor de referência que é de 200 lux. Na figura seguinte, é possível visualizar a distribuição destes valores. Ainda para este caso, efetuou-se a medição com auxílio do luxímetro, obtendo-se 270 lux. Para o caso B (que está em funcionamento quando não há luz natural, devido ao sensor crepuscular), o DIALux calcula uma iluminância média de 192 lux e uniformidade 0,36. Não é possível baixar a potência das lâmpadas, lâmpadas, uma vez que, no caso B, o valor está já ligeiramente abaixo do limite.
8.2 Iluminação
61
Arquivo Geral Este espaço, de 81, 32m2 , não tem luz natural e conta com 6 luminárias do tipo MHPP 04 149 BE da EEE, com uma lâmpada fluorescente T5 de 49 W, da cor 840. O valor de referência para este espaço é 200 lux.
Figura 8.9: Arquivo Geral desenhado em 3D no DIALux - Legenda Legenda 8.11
Após análise no DIALux conclui-se que, atualmente, o arquivo conta com uma iluminância média de 199 lux e uniformidade de 0,25. O valor da iluminância foi confirmado, com recurso ao luxímetro, no qual se obteve 172 lux, não sendo possível baixar a potência instalada neste local.
Arrecadação Geral A arrecadação geral, de 81 , 47m2 , que (há semelhança do espaço anterior), não tem luz natural, conta com 8 luminárias do tipo MHPP 04 149 BE da EEE com uma lâmpada fluorescente T5 de 49 W da cor 840. A sua iluminância média, obtida através do luxímetro é de 168 lux e no DIALux, é de 228 lux e o uniformidade 0,36. O valor de referência para este espaço é bastante inferior: 100 lux. Usando a mesma luminária, com uma lâmpada de menor potência (35w) é possível diminuir a iluminância média para 134 lux.
Corredor (Circulação Piso -1 Corpo A) Neste corredor, corredor, há iluminação do tipo permanente e por intervalo, sendo necessário analisar analisar os dois casos. Durante os períodos com mais movimento, de acordo com a programação do GTC, estão acesas 30 lâmpadas de 35w, nos quais, através do DIALux, foi possível concluir que este espaço fica com uma iluminância média de 278 lux, sendo bastante superior ao recomendado (100 lux) e com uniformidade de 0,30.
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Caso de Estudo
Durante os períodos de menor circulação, dessas 30 lâmpadas apenas estão em funcionamento 15. Fazendo Fazendo o cálculo cálculo da iluminância iluminância no software, obtemos o valor de 140 lux, o qual foi confirmado com o luxímetro, obtendo-se 165 lux. Através desta última simulação, percebe-se que é prescindível o uso do circuito de iluminação por intervalo que engloba 15 lâmpadas.
Circulação Piso -2 Bloco B Esta zona de circulação, de 6 , 87m2 , dá acesso às cisternas do piso -2 do Corpo B. Após Após proce procede derr à anál anális isee do espa espaço ço no DIAL DIALux, ux, verifi verifica ca-se -se que este este espa espaço ço tem tem uma lumi luminâ nânc ncia ia de 165 lux e uniformidade de 0,56. Foi referido acima que, para zonas de circulação o valor de iluminância iluminância média recomenda recomendado do no manual da parque escolar escolar é de 100 lux. No entanto, entanto, este espaço é dotado de escadas, pelo que a recomendação passa a ser 150 lux. Assim sendo, não é possível reduzir a potência das lâmpadas, já que o valor real apenas se encontra aproximadamente 9% acima.
Corredor Circulação Circulação Piso 0 Bloco A Neste espaço, temos dois circuitos: um de ligação permanente, constituído por 12 luminárias com 35w de potência, e um de ligação por intervalo, onde, além dessas 12 luminárias, ficam ativas 11 do mesmo tipo. No primeiro caso, analisando teoricamente no DIALux, obteve-se uma iluminância média de 134 lux e no segundo, onde os 2 circuitos estão ativos, de 255 lux. O valor da iluminância, no primeiro caso, foi confirmado com recurso ao luxímetro onde se obteve 170 lux. Para este espaço, aconselha-se um valor de 100 lux, não se verificando a necessidade de haver utilização do segundo circuito. Assim, esta proposta resultará na desativação do segundo circuito, nas respetivas três horas diárias de uso.
Laboratório de Química O manual de projeto de instalações técnicas da Parque Escolar, recomenda que este espaço tenha uma iluminância média de 500 lux. No DIALux, é possível verificar, que este espaço apresenta uma iluminância média teórica de 531 lux e uniformidade uniformidade de 0,49. Assim sendo, verificou-se verificou-se que não é possível reduzir reduzir a potência potência das lâmpadas do laboratório. Apresenta-se (figura 8.10) 8.10) a distribuição da iluminância neste local.
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8.2 Iluminação
Figura 8.10: Distribuição da Iluminância no Laboratório de Química
Figura 8.11: Escala de cores, via DIALux
Recorrendo ao luxímetro, confirmou-se que este valor se encontra dentro dos limites recomendados numa situação com alguma (pouca) luz natural, obtendo-se um valor muito próximo de 590 lux.
Salas de Aula Verifica-se que o sistema de iluminação presente atualmente nas salas de aula, de aproximadamente 50 metros quadrados, é composto por 9 luminárias com 1 lâmpada T5 de 49w cada, gerando uma iluminância iluminância de 577 lux (medido com o luxímetro, luxímetro, é de 518 lux) . A distribuição distribuição dos valores de Iluminância média pode ser visualizada na figura 8.12
Figura 8.12: Distribuição da Iluminância média atual numa Sala de Aula (visualização em 3D)
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Caso de Estudo
O valor recomendado para uma sala de aula é 300 lux, respetivamente, encontrando-se os valores teórico e real, bastante acima. No entanto, se a sala de aula for usada por adultos ou tiver frequência frequência noturna, o recomendado recomendado são 500 lux. Entende-se Entende-se que a sala tenha sido projetada para este último valor. valor. Por um lado, estes espaços espaços podem passar a ser usados para aulas à noite e, por outro, a partir das 17h (principalmente de Inverno) já não há luz natural. Se se reduzir a potência dessas lâmpadas para 35w, obtêm-se 399 lux, valor este, inferior ao desejado.
Gabinete (de psicologia) Num gabinete, gabinete, é recomendado uma iluminância iluminância média de 500 lux. No piso 0 do corpo A, existem existem vários espaços desta tipologia. Um dos estudados, estudados, denominado Gabinete Gabinete de Psicologia, Psicologia, tem 26,63m2 , 3 janelas e 4 luminárias com uma lâmpada fluorescente cada do tipo T5 de 35W. No DIALux, verifica-se que este espaço, tem, atualmente, uma iluminância média de 322 lux, sendo inferior ao nível recomendado. No entanto, é necessário ter em atenção as condições em que este valor foi determinado, antes de se decidir aumentar a potência das lâmpadas. Ora, no DIALux, caso a iluminação não funcione por intervalos ou com recurso a sensores (crepuscular, por exemplo), todos os cálculos são feitos para o pior caso possível, ou seja, sem iluminação natural. Na prática, este é um dos espaços em que essa iluminação média será inferior ao valor teórico dado pelo software, na medida em que, estamos perante uma sala dotada de 3 janelas que é usada durante dur ante o dia. d ia. Repetindo o cálculo tendo em conta esta situação, é possível verificar que a sala tem uma iluminância média de 477 lux, nos dias de céu encoberto e, para a luminosidade média de um dia, tem mais de 2000 lux. Assim, conclui-se que não é necessário aumentar a potência das lâmpadas.
Salas TIC Numa sala onde computadores são usados com frequência é sugerido que a iluminância média seja de 300 lux para conforto e bem-estar do utilizador. Uma das sala de TIC, situada no piso 1 do Corpo B, com 53, 68m2 , tem 9 luminárias com uma lâmpada T5, de 35W cada. A iluminância média obtida no DIALux é de 317, valor dentro da margem dos 20% em comparação com o desejado. Tendo em conta a comparação entre este valor e o recomendado, decidiu-se não efetuar alterações ao sistema de iluminação deste espaço. No entanto, existe uma sala de TIC, com a mesma tipologia tipologia mas que em vez de 35W, possui lâmpadas com 49W de potência. Para este espaço, a iluminância média obtida no DIALux é de 412 lux e, na realidade, com recurso ao luxímetro, num dia com pouca luz natural, é de 483 lux, isto é, um pouco acima do valor desejado. Assim, é possível reduzir a potência das lâmpadas para 35W, à semelhança da sala de TIC, primeiramente estudada.
65
8.2 Iluminação
8.2.1.1 8.2.1.1 Análise Análise Económica Económica A troca da luminária, exigida por exemplo na troca de uma lâmpada de 35W para uma de 28W devido devido às respetivas respetivas dimensões, dimensões, torna a solução solução inviável. inviável. O valor elevado elevado que se obteria nesses casos é justificado pelo preço do equipamento e da mão de obra. O retorno em alguns espaços é zero devido à respetiva solução passar por desligar um dos circuitos existentes ou, uma ou mais, lâmpadas. O retorno económico económico da aplicação aplicação dessas propostas foi calculado, calculado, com recurso ao Microsoft Office Excel , de acordo com os conceitos e equações que se seguem.
Potência total consumida O cálculo da potência total consumida em dado local, no caso de apenas um tipo de sistema de iluminação, é dado pela multiplicação entre o número de lâmpadas existentes nesse espaço e a respetiva potência.
PotenciaTotal (W )
Lam padass = N o Lampada
× Plampada(W )
(8.1)
Consumo Anual O consumo anual desse espaço, pode ser calculado multiplicando a PotênciaTotal PotênciaTotal pelo número de horas por ano em que essa lâmpada está acesa. Nesta estimativa, foi tido em conta o uso diário e anual de cada espaço. Por exemplo, considerou-se que as luzes estão acesas durante 8 horas, 150 dias por ano numa sala de aula, enquanto que na cafetaria cafetaria estão acesas durante 195 dias por ano. Por sua vez, nas arrecadações com pouca utilização, apenas se considerou uma hora por dia. Considerou-se o ano letivo de 2016/17 e respetivas interrupções.
ConsumoAnual (kWh kW h) = PotenciaTotal
Hor as/ Ano × no Horas
(8.2)
Custo Anual O Custo anual é dado pela multiplicação entre o Consumo Anual e o Preço e foi calculado tanto para a situação atual como para a solução proposta.
CustoAnual( Euros )
= Preco
× ConsumoAnual
(8.3)
Poupança Anual A poupança anual, foi calculada através da diferença entre o Custo Anual Atual e o Custo Anual da Solução.
66
Caso de Estudo
PoupancaAnual ( Euros E uros) = CustoAnualAtual
− CustoAnualSolucao
(8.4)
Investimento O investimento necessário para implementar a solução, foi calculado multiplicando o número de lâmpadas necessárias e o preço de cada uma. De notar que, neste parâmetro, foi tido em atenção as lâmpadas que saem de serviço, ficando disponíveis para serem colocadas noutros espaços, não sendo necessário, desta forma, comprar o número total de lâmpadas essenciais, nos espaços que requerem redução de potência. No mercado, a oferta de diferentes tipos de lâmpadas é grande. Decidiu-se pela marca OSRAM, que se concluiu, após comparação com outras, ser a que tem a melhor relação qualidade/preço. Todas as lâmpadas escolhidas são de classe A+.
Investiment o( Euros )
= ( N o Lamp Lam p
× PrecoLamp) + (CustoLuminaria + Maod eObra)(8.5)
Retorno Por fim, calculou-se o período necessário para o retorno que é obtido pela razão entre o Investimento e a Poupança Anual.
Retorno ( Anos) = Investimento/PoupancaAnual
(8.6)
Após fazer a análise económica para os possíveis espaços, concluiu-se que, devido ao retorno ser inferior a 6 anos, apenas é viável fazer alterações na iluminação de 10 espaços, os quais se encontram resumidos na tabela 8.7 8.7 com com o respetivo retorno e poupança anual obtida pela solução proposta.
67
8.2 Iluminação
Tabela 8.7: Poupança total obtida através de redução de potência nos espaços com retorno económico viável
a222 B112 b111 a-107 a30 a003 a-103+aa-103+a-102 102 b109 b002
aprend.informal reprog loja conv sala de musica sala prof. Circulação circulaçã circulaçãoo restaurante/cafetaria circulação
Custo Anual Custo Anual Retorno Atual Solução Económico (Eur.) (Eur.) (Anos) 26.79 16.07 0 53.58 38.27 2.82 53.58 38.27 2.82 64.3 45.93 4.70 43.06 34.45 0 27.36 0 0 84.58 0 0 156.15 79.1 0.40 62.69 34.83 0
Poupança Anual (Eur.) 10.72 15.31 15.31 18.37 8.61 27.36 84.58 77.06 27.86
Assim, conclui-se que, através da implementação das 9 propostas, é possível poupar anualmente cerca de 285 euros. Destes espaços, os correspondestes aos códigos a-107, a222, b111, b112 e b002 não estão referidos referidos no subcapítulo subcapítulo referente à Qualidade da Iluminação Atual. Todos eles foram sujeitos sujeitos à mesma avaliação. A solução para eles proposta é, sucintamente, apresentada de seguida.
• a-107: Redução da potência das 12 lâmpadas de 49W para 35W; 8.13; • a222: Desativação de 2 lâmpadas, representadas por "1"e "2"na figura 8.13; • b111 e b112: Redução da potência das 6 lâmpadas de 49W para 35W; • b002: Desativação do circuito correspondente à iluminação por intervalo.
Figura 8.13: Indicação Lâmpadas a Desligar - A222
8.2.2 Troca das Lâmpadas Existentes por por Lâmpadas LED Estudou-se a viabilidade da troca das lâmpadas existentes por lâmpadas LED. Analisando vários cenários, diferentes tipos de lâmpadas LED e seus respetivos preços, conclui-se o tempo de retorno deste investimento ronda os 12 anos. Para esta estimativa foi usada uma folha de cálculo EXCEL, para gerar o retorno e a poupança anual.
68
Caso de Estudo
Apesar de a poupança aumentar bastante, comparativamente com a redução de potência com outro tipo de lâmpadas, o período de retorno é muito superior pois, para efetuar esta troca, é necessário proceder também à troca da luminária existente devido às diferentes características dos LEDs, comparativamente às soluções atuais, por exemplo, a nível de fotometria. Estima-se Estima-se que, tendo em conta o custo das luminárias luminárias e o preço de mão de obra, esta medida passaria a ter um período de retorno superior a 50 anos. Apresenta-se, de seguida, uma tabela com várias simulações para o cálculo do período de retorno e da poupança anual com implementação de LED’s, onde as colunas "No ", "CA. Atual"e "CA.LEDs"indicam o número de lâmpadas, o consumo anual atual e o consumo anual da solução com LEDs, respetivamente. Tabela 8.8: Simulações de Implementação de LED’s
Caso No Hor/ Hor/An Anoo CA.A CA.Atu tual al CA.L CA.LED EDss Inve Invest stim imen ento to Poup Poupan ança ça/A /Ano no Reto Retorn rnoo A 10 20 2000 98 0 3 30 2933.2 59.23 49.52 B 10 16 1600 78 4 2 64 2933.2 47.39 61.90 C 10 12 1200 58 8 1 98 2933.2 35.54 82.54 D 20 116600 1 5 68 6 60 5866.4 94.77 61.90 E 40 40 1 6 00 3 1 36 105 6 11732.8 189.54 61.90 2000 horas por ano (Hor/Ano), significa que o espaço está a fazer uso da iluminação artificial durante 10 horas por dia, 200 dias por ano; 1600hor/ano, representa um espaço com iluminação usada 8 horas por dia, durante 200 dias; 1200 hor/ano, diz respeito a um local com luzes acesas durante 8horas por dia por um período de 150 dias. As unidades dos vários parâmetros mantém-se. De notar que, quanto maior o número de lâmpadas e o período de funcionamento do local, maior maior é a poupa poupanç nçaa anua anuall obt obtid idaa pela pela impl implem emen enta taçã çãoo de LEDs LEDs (assi (assim m como como na reduç redução ão de potê potênc ncia ia com outro tipo de lâmpadas). Chega-se, assim, à conclusão de que a troca das lâmpadas existentes por lâmpadas LED, com troca de luminária, não é viável. Contudo, é possível fazer esta substituição, sem necessidade de troca do restante equipamento, em espaços, como corredores, que não exigem a mesma qualidade de luz que, por exemplo, uma sala de aula. Neste estudo, conclui-se que, é possível poupar anualmente 1024 euros (tabela 8.9 8.9)) nas zonas de circulação caso se substituam as lâmpadas existentes por LED’s. Esta medida tem um período de retorno inferior a 8 anos, pelo que se considera considera aceitável, aceitável, visto que este tipo de lâmpadas lâmpadas tem um tempo de vida elevado. Este cálculo foi feito para 168 lâmpadas. Este valor corresponde ao somatório de todas as lâmpadas pertencentes à iluminação permanente. Tabela 8.9: Viabilidade Económica Implementação de LEDs nas zonas de circulação
Potência Potência Anual Anual Consumida Consumida Solução 19992.00 9424.80
Custo Anual Atual 1821.77
Custo Poupança Anual Investimento Retorno Anual Solução 858.83
7277.76
1024.17
7.11
8.3 Qualidade da Energia
69
8.3 Qualid Qualidade ade da Energi Energiaa Para analisar o comportamento da instalação em termos de qualidade energética, recorreu-se a um analisador de rede. Este equipamento é capaz de fazer leituras e efetuar o registo, de 10 em 10 minutos, dos seguintes parâmetros:
• Tensão nas fases (i); • Corrente nas fases e no neutro (ii); • Potência ativa total (iii); • Potência reativa total (iv); • Potência aparente (v); • Fator de potência (vi); • Taxa de distorção harmónica (vii); • Harmónicos de corrente e tensão (viii). Para o esquema de ligação, representado na figura 8.14 figura 8.14 , , foi tido em consideração o manual do equipamento utilizado para análise, o GSC 53N, o qual se manteve em funcionamento em intervalos mínimos de 24 horas. Esta ligação, é feita tendo em conta que estamos presentes de um sistema trifásico com neutro. Foram recolhidos dados de três locais, os quais qu ais se consideraram ser os mais relevantes: QGBT, QGBT, Corte Geral e QBP 1.1. Onde, QGBT representa representa o quadro geral de baixa tensão ligado ligado ao PT. O corte geral está no quadro elétrico que alimenta os três blocos e sucede ao QGBT. QBP 1.1 é a sigla que representa o quadro parcial do piso 1 do corpo B a que estão ligados, por exemplo, outros quadros parciais e o chiller .
Figura 8.14: 8.14: Conexão Conexão do Equipamento Equipamento a um sistema trifásico trifásico com neutro [10 10]]
70
Caso de Estudo
Para visualizar os dados recolhidos pelo GSC 53N, foi utilizado o software Topview. opview. Esta ferramenta ferramenta permite fazer o download da da informação e visualizá-la tanto numa tabela como num gráfico.
8.3.1 8.3.1 Poluição Poluição Harmónica Harmónica 8.3.1.1 Taxa de Distorção Harmónica de Tensão Segundo a Norma NE/EN 50160, que define, no ponto de fornecimento ao consumidor, as características principais da tensão para as redes públicas de abastecimento de energia em baixatensão e média-tensão, a taxa de distorção harmónica não deve ultrapassar 8%em 95% dos períodos de 10 minutos.
Figura 8.15: TDH QGBT (à esquerda), Corte Geral (ao centro) e Quadro Parcial (à direita)
É possível verificar pela figura 8.15, 8.15, na imagem à esquerda, que representa a TDH medida através da ligação do analisador ao QGBT durante 4 dias, que este limite não é ultrapassado nas 3 fases. O valor mais alto é de 4,55% e ocorre na fase 3. Este limite também não é ultrapassado no Corte Geral do Quadro que alimenta os 3 blocos, nem no Quadro Parcial como se pode constatar pela p ela mesma figura. Nestes casos, a TDH não chega a 3,55% e a 3,67%, respetivamente.
8.3.1.2 Valor máximo dos harmónicos de tensão A norma EN50160, estabelece para cada ordem harmónica uma amplitude relativa (valor limite) que pode ser consultada na tabela 8.10. 8.10.
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8.3 Qualidade da Energia Tabela 8.10: Limite Distorção de Tensão
Valores das tensões harmónicas individuais nos pontos de entrega até à ordem 25 expressas em percentagem da tensão fundamental U1 Harmónicas ímpares Harmónicas Pares Ordem Amplitude Ordem Amplitude Ordem Amplitude h Relativa Uh h Relativa Uh h Relativa Uh 5 6,0% 3 5,0% 2 2,0% 7 5,0% 9 1,5% 4 1,0% 11 3,5% 15 0,5% 6...24 0,5% 13 3,0% 21 0,5% 17 2,0% 19 1,5% 23 1,5% 25 1,5%
Após análise e tratamento tratamento dos valores valores obtidos com auxílio auxílio do analisador analisador de rede, verifica-se verifica-se que os harmónicos de ordem 3, 5 e 7 se encontram dentro dos limites, como é possível verificar pela figura 8.16, 8.16, onde todos os valores se encontram abaixo de 5% (ordem 3 e 7) e 6% (ordem 5) como desejado.
Figura 8.16: Harmónicos de Tensão de ordem 3 (à esquerda), 5 (ao centro) e 7 (à direita) - QGBT (em cima), Corte Geral (no meio) e QBP 1.1 (em baixo) - (3 Fases)
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Caso de Estudo
8.3.1.3 Valor máximo de distorção harmónica de corrente corrente (THDI) (THDI) e valor valor máximo dos dos harmónicos de corrente Segundo o IEEE standard 519-1992, os valores máximos da taxa de distorção harmónica de corrente e das correntes harmónicas individuais apresentam-se na tabela da figura figura 8.11. 8.11. Tabela 8.11: Limite Distorção de Corrente
Máxima corrente harmónica em % da corrente de carga Harmónicos ímpares Icc/IL 11 11n23 n23 23n25 n35 THDi (%) 4 2 1,5 0,6 0,3 5 Icc/IL20 20Icc/IL50 7 3,5 2,5 1 0,5 8 4,5 4 1,5 0,7 12 50Icc/IL100 10 5,5 5 2 1 15 100Icc/IL1000 12 Icc/IL1000 15 7 6 2,5 1,4 20
Onde, Icc representa a corrente de curto-circuito, IL o valor da componente fundamental da corrente, TDHi a taxa de distorção harmónica de corrente e n a ordem do harmónico. Sabe-se que, no posto de transformação de serviço público mais próximo, o PTD PRT 262, a potência de curto-circuito previsível no seu barramento BT é de 17,36 MVA. Com este valor, é possível calcular a corrente de curto-circuito necessária a este estudo.
I cc cc =
1000 × S cc ) √ 3 × U cc(( MVA n kV )
(8.7)
I L =
130, 34(kW ) √ F P × 3 × U n (kV )
(8.8)
I cc cc I L
= 133, 2
(8.9)
Assim, a partir da tabela, verifica-se que o valor limite da THDI é de 15% e que o limite máximo das correntes harmónicas individuais de 3a , 5a e 7a ordem é de 12%. Nos gráficos das figura 8.17 e 8.17 e 8.18, 8.18, verifica-se que os limites máximos das correntes harmónicos individuais individuais das ordens analisadas são obedecidos. obedecidos. Contudo, o limite da Taxa de Distorção Distorção Harmónica de Corrente não é respeitado.
8.3 Qualidade da Energia
73
Figura 8.17: Harmónicos de Corrente de ordem 3 (à esquerda), 5 (ao centro) e 7 (à direita) - QGBT (em cima), Corte Geral (no meio) e QBP 1.1 (em baixo) (3 Fases)
Figura 8.18: TDHi no QGBT (à esquerda), no Corte Geral (ao centro) e no QBP 1.1 (à direita)
No QGBT, a TDHi atinge o valor máximo de 31,16%, na fase 2, e os harmónicos de corrente ordem 3, 5 e 7 atingem, respetivamente, 10,2% (fase 1), 6% (fase 2) e 5% (fase 3). Um valor de THDi compreendido entre 10 e 50% revela uma poluição harmónica significativa, revelando que existe risco de aquecimento, o qual implica o sobredimensionamento dos cabos e das fontes, podendo levar ao aumento dos seus custos. Uma solução para corrigir problemas de poluição harmónica, é o uso de filtros, ativos ou passivos. Os filtros passivos, constituídos por uma indutância e um condensador (LC), usualmente instalados talados em paralelo paralelo com a fonte poluidora, poluidora, é dimensionado dimensionado de modo a que a sua impedância impedância seja nula para a frequência que se quer eliminar e baixa para as restantes. Este tipo de filtro proporciona um caminho alternativo alternativo para as correntes correntes harmónicas circularem. circularem. Contudo, apenas corrige esse problema, não permitindo variações de carga, uma vez que o espectro harmónico a filtrar seria alterado.
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Caso de Estudo
Os fil filtr tros os ativ ativos, os, podem podem ser ser consi conside dera rados dos como como send sendoo de um dos segu seguint intes es tipo tiposs [12 12]: ]: paralelo, série, híbrido ou universal. Para compensar os harmónicos de corrente, normalmente, usa-se o filtro ativo paralelo, enquanto que, se recorre ao ativo em série em casos de problemas nos harmónicos de tensão. O filtro ativo universal é uma junção destes dois tipos o que permite resolver ambos os problemas. O filtro híbrido é constituído por filtros ativos e passivos, o que eleva a sua eficácia. Para o efeito desejado, tem interesse o filtro ativo paralelo. Este tipo de filtro é constituído, basicamente, basicamente, por um controlador controlador e um inversor inversor.. O controlador controlador mede as tensões tensões e correntes correntes por fase fase da rede e calcula as correntes de referência para o inversor. O inversor, recebendo estas correntes, gera as correntes necessárias introduzindo-as nas linhas do sistema elétrico, de modo a compensar as existentes na rede (figuras 8.19 e 8.19 e 8.20) 8.20) .
Figura 8.19: Filtro Ativo Paralelo: Esquema de funcionamento
Figura 8.20: Filtro Ativo Paralelo: Princípio de funcionamento [11 11]] [12 12]]
Este tipo de filtro permite ainda compensar a potência reativa e equilibrar as correntes das três fases, eliminando a corrente no neutro.
8.3 Qualidade da Energia
75
8.3.2 8.3.2 Tensão nas Fases Fases
Figura 8.21: Tensão QGBT (à esquerda), Corte Geral (ao centro) e QBP 1.1 (à direita)
De acordo com a Norma NE/EN 50160, a Variação da tensão de alimentação, não considerando as interrupções, de 95% dos valores eficazes médios de 10 min para cada período de uma semana devem situar-se entre 90% Un e 110% Un, onde Un representa a tensão nominal: 230V. As tensões nas fases analisadas, V1, V2 e V3, encontram-se de acordo com a norma, como se pode verificar pela figura 8.21, 8.21, relativa às tensões registadas no Quadro Geral de Baixa Tensão, no Corte Geral e no Quadro Elétrico. O valor máximo registado é de 240,6V e o mínimo de 227,5V, ambos inferiores a 253V e superiores a 207V. 207V.
8.3.3 8.3.3 Frequ Frequênc ência ia Idealmente, a frequência deve ser igual a 50 Hz. Em condições normais o valor médio medido em intervalos de 15 minutos, segundo a norma NE/EN 50160 deve estar:
• Entre 49,5 e 50,5 Hz durante 95% de uma semana; • Entre 47 e 52 Hz durante 100% de uma semana.
Figura 8.22: Frequência do QGBT (a cinzento), do Corte Geral (a azul) e do QBP 1.1 (a vermelho)
Para Para os casos casos estuda estudados, dos, ambas ambas as condiç condições ões são satisfe satisfeita itas. s. Na Na figura figura 8.22 8.22,, é possíve possívell verific verificar ar que estes limites são obedecidos.
8.3.4 8.3.4 Energia Energia Reativa Reativa Como foi dito no capítulo de análise das faturas de energia, a faturação da energia reativa não chega a 0,6%, menos que 1% do total. A instalação elétrica já possui uma fonte de potência reativa
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Caso de Estudo
(bateria (bateria de condensadores) condensadores),, como foi dito anteriormente. anteriormente. Este equipamento, equipamento, faz a compensação compensação da energia reativa, gerando uma potência oposta à consumida pelos motores, transformadores, iluminação fluorescente, entre outros. A corre correçã çãoo do fato fatorr de pot potên ênci ciaa deve deve ser ser feit feitaa por esca escalõ lões es de pot potên ênci cia, a, ajust ajustad ados os aos aos consu consumos mos da instalação, o qual pode ser avaliado recorrendo a um analisador de rede. Assim, sabendo que o fator de potência é dado pela equação 8.10, 8.10, foi possível proceder ao seu cálculo e à sua análise.
F P =
P S
(8.10)
Onde, FP representa o valor do fator de potência dado instante, P é a potência ativa (W) e S a potência aparente (VA). (VA). Tendo em conta que, o analisador analisador de rede nos fornece a tensão, corrente e potência potência aparente, foi possível calcular os valores de FP, os quais estão refletidos na figura figura 8.23. 8.23.
Figura 8.23: Fator de Potência
O nível máximo de energia reativa permitido sem cobrança, está associado ao fator de potência de referência de 0,96. É possível observar que, o fator de potência é menor que o valor de referência apenas num período de 10 minutos .
8.3.5 Equilíbrio da Tensão Tensão e da Corrente nas 3 Fases A partir dos dados recolhidos, recolhidos, foi possível possível concluir que a tensão se encontra equilibrada equilibrada nas três fases dos locais analisados, como ilustram as figuras figuras 8.21. 8.21.
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
77
Quanto às correntes, no QGBT a fase 3 encontra-se mais carregada e no Corte-Geral é na fase 1 que está um número superior de carga. Tal pode ser verificado pela figura 8.24, 8.24, que exemplifica estas variações durante um dia.
Figura 8.24: Corrent Figura Correntee (3 fases) fases) no QGBT QGBT (à esquerda), esquerda), Corte Geral Geral (ao centro) centro) e QBP 1.1 (à direita)
Este desequilíbrio provoca um aumento da corrente no neutro, o que, além de gerar mais perdas, leva à necessidade de escolher um cabo com secção de neutro maior. Para corrigir este problema seria necessário analisar todos os quadros da escola, com todos os equipamentos monofásicos em funcionamento, de modo a distribuir igualmente a potência pelas 3 fases.
8.4 Projeto Projeto Painéis Painéis Fotov Fotovoltai oltaicos cos Nesta secção, será apresentado o estudo do projeto de painéis fotovoltaicos, em dois regimes: UPAC (no qual são instalados painéis para produção de energia destinada a consumo próprio. Com este sistema, pretende-se diminuir a dependência da escola à rede, fazendo com que consuma energia gerada por si mesma.) e UPP (onde se vende o total de energia produzida à rede). Um sistema em regime UPAC deve obedecer a duas restrições, impostas no Decreto-Lei n o 153/2014 de 20 de Outubro de 2014:
• O tamanho do sistema fotovoltaico tem que ser inferior à potência contratada (130,24 kW); • O total de produção fotovoltaica não pode ser superior ao consumo anual total de energia (O consumo anual total de energia, estimado a partir das faturas de eletricidade, é de 296 MWh).
Para a instalação do sistema fotovoltaico, será utilizado um dos telhados da escola que ainda não se encontra ocupado com outros equipamentos e está orientado a Sul; e a cobertura do campo de jogos (cujo dimensionamento se sucede ao do primeiro local). Ambos os espaços podem ser visualizados na figura 8.25. 8.25.
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Caso de Estudo
Figura 8.25: Espaço disponível para instalação dos Painéis (a amarelo), via Google Maps
Painéis Fotovoltaicos no Telhado Foi aproveitado o ângulo de inclinação do telhado, 26o , para a colocação dos painéis sobre o mesmo. A diferença entre este ângulo e o ângulo ótimo foi analisada no software PVGIS. Ambos podem ser consultados na figura 8.26. 8.26.
Figura 8.26: Irradiação no local da instalação para o ângulo/azimute ótimos (à esquerda) e para um ângulo de 26o (à direita) (Gráficos obtidos pelo PVGIS)
Apesar do ângulo ótimo para a instalação dos painéis rondar os 35o, a diferença em termos de produção de eletricidade comparativamente a um ângulo de 26o não é significativa, pelo que se decide manter este último ângulo devido ao aumento da viabilidade económica. A hora de pico solar (energia solar captada que é recolhida durante uma determinada hora do dia e é indicada em horas [38 38]), ]), pode variar entre 3 a 6 horas/dia, dependendo do mês e local de instalação. Pelos gráficos do PVGIS, verifica-se ainda que, durante as restantes horas onde há radiação, também há aproveitamento energético, mas, em menor quantidade.
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
79
8.4.1 8.4.1 Painel Painel Solar Solar a Implementar Implementar O painel solar usado no projeto fotovoltaico é o MPRIME G Séries GENIUS 4BB da Martifer Solar de 250W, e é fabricado em Portugal, sendo esta uma das principais razões para a sua escolha. A marca em questão é conhecida no mercado por oferecer garantia de linearidade de performance por 25 anos (no primeiro ano pode ocorrer um decréscimo de nunca superior a 3,00% e a partir do segundo segundo ano a redução não pode exceder exceder 0,68% da produção produção do painel) painel) e garantia garantia de produto de 10 anos. As dimensões dimensões do painel são: 1640 x 992 x 40 mm.
Características Elétricas do Painel Os dados da tabela 8.12 são 8.12 são válidos para a temperatura de 25o (condição standard ). ). Tabela 8.12: Características Elétricas do Painel
Potência Nominal (Pnom) 250Wp Tolerância de Potência 0/+4,99W 8,32A Corrente do MPP (Impp) Tensão do MPP (Vmpp) 30V Tensão em Circuito Aberto (Voc) 37,3V 8,91 A Corrente em Curto-Circuito (Isc) Eficiência do módulo 15,4 % Tensão Máxima do Sistema (Vsyst) 1000V 15A Corrente Máxima do Fusível (If) o NOCT 45 (+/-3) Coeficientes de Temperatura: -0,43% / o C Power Y(PNOM) Voltage BETA(Voc) -0,33% / o C +0,06%/ o C Current ALFA(Isc)
8.4.2 8.4.2 Sombr Sombream eament entoo No processo de captação da energia solar, deve-se ter especial cuidado com sombreamentos, para evitar que haja energia perdida devido a obstáculos que dificultam que esta seja captada. Nos espaços livres para montagem deste sistema, não existe sombreamento causado por, por exemplo, árvores ou edifícios e, tendo em conta que os painéis não têm inclinação relativamente à superfície onde são colocados, não existe auto-sombreamento, isto é, sombreamento causado por uma fileira de painéis, nos painéis da linha paralela seguinte.
8.4.3 Configuração de painéis no Telhado As dimensões da cobertura são de 11m por 56,69m (na menor aresta do comprimento). Otimizando o espaço disponível, tendo em conta as suas dimensões, e espaço para manutenção dos painéis, decide-se colocar, colocar, maioritariame maioritariamente, nte, os painéis painéis horizontalment horizontalmente. e. Contudo, Contudo, existem existem
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Caso de Estudo
painéis que se colocarão na vertical, de forma a rentabilizar ao máximo o espaço disponível. Esta disposição permite usar 203 painéis. Nas faturas analisadas, o valor máximo para a potência consumida da escola é de 72,66 kWp (e a média mensal é de 65,17 kWp). Por forma a calcular o número ótimo de painéis, majora-se majora-se este valor em 20%, porque os painéis solares têm rendimento baixo, obtendo-se 87,2 kW. Conclui-se Conclui-se que, para atingir este valor, valor, seria necessário instalar instalar mais 145 painéis. Estes são projetados na cobertura, como abordado mais à frente.
8.4.4 8.4.4 Inver Inversor sor O inversor escolhido é o SMA Sunny Tripower 25000TL-30. A marca SMA é líder no setor da energia solar, sendo um dos principais fabricantes de inversores fotovoltaicos da indústria da energia solar. A empresa, que tem sede na Alemanha, está presente nos cinco continentes (América, Europa, África, Ásia, Oceania). O inversor usado, trifásico, através da sua tecnologia Multi-String, adequa-se facilmente à configuração configuração de módulos desejada. As suas duas entradas MPP foram uma vantagem vantagem neste dimensionamento permitindo diminuir o uso de inversores. É extremamente flexível, podendo ser usado no dimensionamento de sistemas desde 25 kW até à gama dos megawatts. O Sunny Sunny Tripo Tripower wer obedec obedecee à Direti Diretiva va de Média Média Tensão, ensão, pelo pelo que oferec oferecee eleva elevada da fiabili fiabilidad dadee na gestão da rede. Permite a deteção de falhas em strings e tem função integrável de proteção contra descargas atmosféricas.Tem alto rendimento, rendimento máximo acima dos 98% e oferece fácil encaixe e fixação para os cabos de fileira. Tem ainda garantia de 5 anos. A escolha da potência foi feita, analisando a razão nominal e recorrendo ao Sunny Design, considerando o número total de inversores exigido para o sistema. A sua folha de características pode ser consultada em anexo.
8.4.5 8.4.5 Número Número máximo máximo e mínimo mínimo de painéi painéiss por por string É importante calcular o número mínimo de painéis por string para se garantir que a tensão de entrada do inversor é maior que a tensão em circuito aberto da string, no caso de haver uma interrupção interrupção abrupta do sistema fotovolta fotovoltaico, ico, onde a tensão em circuito aberto é enorme. Estes dois valores, são determinados com base na escolha do inversor (apresentado nos subcapítulos seguintes), tendo em conta a potência de saída do módulo. O número máximo de painéis por string é dado pela razão entre a tensão de entrada do inversor e a tensão tensão em circuito circuito aberto aberto do módulo módulo à sua tempera temperatura tura mínima. mínima. Já o número número mínimo de painéis, é dado pela razão entre a tensão mínima de entrada do inversor e a tensão do MPP à temperatura de 70o C.
81
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
Para tal, calcula-se calcula-se a tensão em circuito circuito aberto do painel e a tensão do MPPT, MPPT, para o caso de temperatura mínima e máxima mais desfavorável. Consideraram-se os valores mínimo e máximo teóricos de -10o C e 70o C. O valor standard para para a temperatura é 25 o C.
−10) = (1 − ∆T 100× β ) × Voc = 41, 608V
V ca(
V m p p(70) = ( 1
Nmin paineis =
Nmax paineis =
− ∆T 100× β ) × V m p p = 33, 465V
V minDcinv minDcinv Vmpp(70)
= 4, 48
V maxDcinv maxDcinv = 24, 03 V ca( 10)
−
≈ 5 painis/string ≈ 24 painis/string
Onde, V minDcinv minDcinv = 150V e V maxDcinv maxDcinv= 1000V, de acordo com a folha de características do inversor.
8.4.6 8.4.6 Número Número máximo máximo de fileiras fileiras em paralelo paralelo O inversor escolhido, possui dois MPPs. O número máximo de fileiras em paralelo, para cada um deles, é calculado com o objetivo de garantir que a corrente gerada não excede o limite máximo da corrente de entrada do inversor. O número máximo de fileiras é determinado pela razão entre os valores máximos da corrente do inversor e da fileira de módulos. Imax inv 33 = = 3, 97 In f ileira 8, 32
≈ 3 f ileirasem paralelo paral elo
(8.11)
Onde, Imaxinv é a corrente máxima DC admissível pelo inversor (A) e In f ileira é a corrente nominal de cada fileira (A). Conclui-se que, cada MPP de cada inversor pode ter 3 filas em paralelo.
8.4.7 8.4.7 Dimensiona Dimensionamento mento dos Inverso Inversores res A configuração final do sistema, foi elaborada com auxílio do Sunny Design, o qual sugeriu uma solução para o número total de strings e de painéis por string. Este software, sugere o uso de 2 inversores. O primeiro, deve usar uma entrada MPP com 3 strings de 21 painéis e, a outra, com 2 strings de 19 painéis. A um dos MPPs do segundo inversor, devem ser ligadas 3 strings com 20 painéis e, ao outro MPP, 2 strings com 21 painéis cada. Assim, nesta solução, temos um total de 10 strings e um total de 203 painéis.
82
Caso de Estudo
As razões de potência nominal são de 100% e 101%, valores estes que obedecem ao intervalo desejado de 70% e 120% da potência fotovoltaica. Como o inversor deve ser protegido da exposição direta dos raios solares, da chuva e de outros fatores externos, decidiu-se instala-los no último piso do respetivo bloco, perto do acesso ao telhado mais próximo do QGBT. Configuração das strings no telhado
Figura 8.27: Configuração das strings no telhado
8.4.8 8.4.8 Dimensiona Dimensionamento mento dos cabos cabos e proteções proteções 8.4.8. 8.4.8.11 Cabos Cabos DC A cablagem é formada por elementos condutores, que transmitem eletrões, através dela. Devido a este movimento, por melhor que seja a condutividade elétrica do material, surgem perdas que geram calor nos cabos e se traduzem em quedas de tensão. A queda de tensão dependerá da resistência do condutor e da intensidade de corrente que o percorre. Assim, para o correto correto dimensionamen dimensionamento to da cablagem, cablagem, é importante importante que sejam respeitados respeitados os limites limites fixados pela tensão nominal e pela intensidade intensidade de corrente, corrente, os quais variam, variam, dependendo dependendo do layout dos dos painéis fotovoltaicos. Deste modo, é necessário que a escolha dos cabos seja devidamente ajustada às grandezas elétricas, mecânicas e térmicas a que estes irão estar sujeitos. No exterior, os cabos de policloreto de vinilo não deverão ser usados, visto que, apesar do material halogeneizado PVC ser frequentemente usado em instalações elétricas, este gera impactos no ambiente. A queda de tensão máxima admissível nas linhas, está limitada a 1% da tensão nominal do sistema solar fotovoltaico, para as condições standard , segundo a norma VDE 0100 Parte 712. É importante que este limite seja respeitado, de forma a que as perdas de potência, através dos cabos DC, sejam mínimas. mínimas. De acordo com a norma Europeia IEC 60364-7-712, 60364-7-712, estes cabos, que fazem a ligação entre os módulos fotovoltaicos e os inversores, têm que ser capazes de suportar uma sobrecarga de corrente até 25% superior à corrente de curto-circuito dos painéis, exigindo que o seu dimensionamento obedeça à condição da queda de tensão (equação (equação 8.12). 8.12).
I z = 1, 25 I cc(ST D) PV
×
(8.12)
83
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
O valor da corrente do cabo obtém-se nas tabelas fornecidas pelos fabricantes de cabos elétricos, podendo ser afetado, ou não, por um ou mais fatores de correção para a situação de montagem e condições locais. Por fim, a secção mínima de cabo (em mm2 ), pode ser calculada através da equação 8.13 equação 8.13..
> S >
2 × L × I e
× σ
(8.13)
Onde, L é o comprimento do cabo (63,2 metros) e representa o comprimento do cabo no caso mais desfavorável, σ é a condutividade do cobre (56 m/(Ω × mm2 ), I é a corrente nominal (A) e e (V) garante que a condição de queda de tensão (máximo de 1%) é cumprida com base na equação 8.14.. 8.14
e = 0, 01
× V
(8.14)
Onde, V corresponde à tensão de uma fileira (V). Conclui-se que, respeitando ambas as condições, o cabo terá que ter secção superior a 3,8mm2 . Através do Sunny Design, este valor foi também calculado. O programa calcula-o de forma automática, tendo em conta os valores fornecidos. O valor por este sugerido é de 4mm2 , o que vai de encontro ao cálculo efetuado. Além deste valor, é também apresentado o valor da queda de tensão, 5,1 V, que representa menos de 1% de potência dissipada (valor dentro do limite, cumprindo também esta condição). Recorrendo ao AutoCAD, estima-se que sejam necessário 1180 metros de cabo com 4mm2 .
8.4.8.2 8.4.8.2 Proteçã Proteçãoo do Lado DC Os cabos anteriormente dimensionados, devem estar, segundo a Norma Europeia IEC 603647-712, 7-712, protegi protegidos dos contra contra curto-c curto-circ ircuit uitos os e defeit defeitos os à terra. terra. Recome Recomenda nda-se -se o uso de cabos cabos isolado isoladores res monopolares para os condutores positivos e negativos, de forma a obter uma proteção de terra e de curto-circuito eficaz. A utilização de fusíveis de fileira, deve ser feita em sistemas de 4 ou mais fileiras. Devem ser incluídos nos circuitos positivos e negativos destes cabos. Nos sistemas com menor número de fileiras, não é necessário incluir este equipamento dado que se demonstrou que a possibilidade de haver uma geração de corrente de defeito alta é nula, para que induza correntes inversas passivas de causar um mau funcionamento do sistema [38 [38]. ].
Fusíveis Dimensionaram-se os fusíveis, obedecendo às equações 8.15 e 8.15 e 8.16. 8.16.
V f f usvel > 1, 15 N V oc oc
× ×
(8.15)
84
Caso de Estudo
Onde, V f f usvel representa a tensão do fusível (V), N é número de painéis/string e Voc é a tensão em circuito aberto do painel (V).
I n
≥ 1, 5 × I × M sc sc
(8.16)
Onde, I n é a corrente nominal nominal do fusível (A) e I sc sc é a corrente de curto circuito do painel (A), dada na folha de características, e M é o número de fileiras. Neste caso, M é 1 visto que se terá uma fileira por fusível. Conclui-se que V f f usvel terá que ser superior a 900.8V (caso mais desfavorável) e I n superior a 13,37 A.
Figura 8.28: Fusível-Hager
O equipamento escolhido é da marca Hager, cuja referência é LF315PV, possuindo 1000V e 15A. Cada string, deve sempre ter 2 fusíveis, um para o terminal positivo, e outro para o negativo, do cabo. Desta forma, são necessários 20 fusíveis.
Corta-circuitos Corta-circuitos porta fusíveis
Figura 8.29: Corta-circuitos porta fusíveis-Hager
Cada fusível terá um corta-circuitos porta fusíveis, que o alojará, com referência L501PV. As folhas de características podem ser consultadas em anexo.
85
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
Interruptor DC Além do equipamento anteriormente mencionado, é também necessário dimensionar os interruptores de corte DC, garantindo que este funciona à tensão máxima em circuito aberto à temperatura de -10o C e para suportar uma corrente até 25% da corrente máxima do sistema, tendo em conta as equações 8.17 e 8.17 e 8.18. 8.18. Este aparelho aparelho de corte, tem a função de isolar, isolar, manualmente, manualmente, o gerador fotovoltaico, sendo esta uma ação necessária durante a sua instalação, manutenção e reparação, devendo ser instalado antes do inversor e interromper tanto o polo positivo como o polo negativo.
≥ U (−10o) × N
(8.17)
I nDC nDC > 1, 25 I CCFV CCFV
(8.18)
V n
ca
×
Onde V n representa a tensão nominal do interruptor, U ca(−10o ) é a tensão em circuito aberto do painel à temperatura de -10o C, N é o número de painéis por string, I nDC nDC é a corrente do interruptor e I CCFV CCFV é a corrente de curto circuito de uma string. Assim, os interruptores de corte DC deverão suportar uma tensão superior a 873,77 V e corrente superior a 11,14A.
Figura 8.30: Interruptor-Hager
O interruptor DC escolhido é da marca Hager, cuja referência é SB43PV, tem 4 polos, uma tensão de 1000 V DC e uma corrente de 32 A. Cada um pode ser usado em duas strings, pelo que são necessários cinco interruptores para este sistema.
8.4.8.3 8.4.8.3 Cabos Cabos do lado AC Os cabos AC, destinados a fazer a ligação entre o inversor e o quadro elétrico, devem suportar uma corrente superior à corrente máxima de saída dos inversores que é de 36,2A.
86
Caso de Estudo
O cabo de ligação ao AD foi dimensionado para um comprimento de 2,5m, dada a possibilidade deste ser colocado próximo dos inversores. O RTIEBT estipula uma secção mínima de 6mm2 para cabos de ramal. A condição de queda de tensão máxima, que não pode ultrapassar 1%, deve deve respeitar a equação 8.19:: 8.19
90oC ) × L × I b
∆V = = r F F (
(8.19)
o Onde, ∆V representa a queda de tensão num condutor, r F F (90 C) é a resistência linear do condutor de fase para a temperatura máxima de funcionamento (PEX) e Ib é a corrente de serviço da canalização. Através do dimensionamento do cabo, realizado automaticamente no Sunny Design, obteve-se que a secção mínima que garante que a queda de tensão é inferior a 1% é de 6 mm2 . A condição de aquecimento, a segunda condição a ser satisfeita, segundo o RTIEBT, para um cabo de 6mm2 (cabo trifásico com condutores de secção circular, com isolamento a PEX, que será fixado na parede), dita que a corrente máxima admissível será de 52A (figura 8.31) 8.31). Este valor tem em conta o método de referência C (determinado com base no quadro 52H do RTIEBT), e é suficiente para respeitar a corrente máxima de saída do inversor.
Figura 8.31: Quadro 52-C4 do RTIEBT
São necessários 5 metros deste tipo de cabo. Por sua vez, o cabo AC que faz a ligação entre o armário de distribuição e o QGBT, deve suportar a soma das correntes de saída dos inversores (72,4 A). Este, foi dimensionado, por excesso, para um comprimento de 81m, valor determinado recorrendo ao AutoCAD. O inversor escolhido é trifásico, pelo que as fases da sua saída podem ser ligadas às respetivas fases do quadro, não originando desequilíbrios entre elas. Recorrendo, novamente, ao Sunny Design é possível possível obter a secção secção por ele calcul calculada ada.. O programa garante que a condição da queda de tensão é satisfeita com um cabo de 50 mm2 .
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
87
Consultando, uma vez mais, o quadro 52-C4 do RTIEBT (figura 8.31), 8.31), é possível verificar que, um cabo com características semelhantes ao anterior (método de referência C), com esta secção, suporta uma corrente de 179A, satisfazendo a condição de aquecimento. Nas figuras 8.33, 8.33, 8.34 e 8.34 e 8.35, 8.35, encontra-se o dimensionamento para estes cabos, elaborado com auxílio do Sunny Design.
Figura 8.32: Esquema Geral de ligação, via Sunny Design
Figura 8.33: Dimensionamento Cabos CC, via Sunny Design
Figura 8.34: Dimensionamento Cabos LV1 (Cabos AC do inversor para o QE), via Sunny Design
Figura 8.35: Dimensionamento Cabos LV2 (Cabo AC do QE para o QGBT), via Sunny Design Em conclusão, os cabos escolhidos são da marca Cabelte e têm as seguintes referências e necessidades:
• 1180 metros de cabo com referência XV 4G4, para o cabo CC; • 5 metros de cabo com referência XV 4G6, para o cabo LV1;
88
Caso de Estudo
• 81 metros de cabo com referência XV 3X50+25, para o cabo LV2. 8.4.8.4 8.4.8.4 Proteção Proteção do Lado AC Interruptor Omnipolar Geral O sistema deverá estar protegido com um interruptor omnipolar Geral, no QGBT, com poder de corte suficiente tendo em conta a equação 8.20. 8.20.
I = =
P
× cos(ϕ )
(8.20)
V
Onde P representa a Potência de pico da instalação e é dada pela multiplicação entre o número de painéis por fileira, a potência de cada painel, o número de fileiras ligadas a cada inversor e o número de inversores (21 × 250W × 5 × 2 = 26250W ), V representa a tensão dada por 3 × 230V e o cosϕ é é unitário. Assim, este interruptor deve suportar uma corrente de serviço de 76,1 A.
Figura 8.36: Interruptor AC tetrapolar 125A - Hager
O interruptor escolhido escolhido é de 125A, da marca Hager, Hager, e tem referência referência HA451. A sua folha de características pode ser consultada em anexo.
Disjuntor AC Os cabos que fazem a ligação dos inversores ao AD, devem possuir disjuntores AC que satisfaçam a condição de sobrecarga do cabo, que tem que obedecer a: 8.21
I s
I 2
≤ I ≤ I n
z
≤ 1, 45 × I
z
(8.21)
(8.22)
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
89
Onde, I s representa a corrente de serviço (36,2A), I n indica o calibre da proteção e I 2 é a corrente convencional de funcionamento da proteção e I z z é a corrente admissível na canalização (76,1 A).
Figura 8.37: Disjuntor 50 A - Hager
Tendo em conta as equações 8.21 e 8.21 e 8.22, 8.22, escolheu-se usar um disjuntor tetrapolar de 50 A (figura 8.37), 8.37), com referência HMX450, da marca Hager.
Interruptor Diferencial AC Recomenda-se que, a sensibilidade geral do interruptor diferencial seja de 30mA, coincidente com os valores valores típicos das correntes correntes residuais capacitiv capacitivas as em sistemas sistemas fotovoltaicos. fotovoltaicos. SugereSugerese o equipamento tetrapolar com 63A de intensidade nominal, da marca Hager, com referência CDC463A. São necessários 2 interruptores diferenciais e 2 disjuntores destes tipos, cujas folhas de características se encontram em anexo.
8.4.8.5 8.4.8.5 Ligação Ligação à terra terra e equipo equipotenci tencializa alização ção Num sistema ligado à rede, onde ond e existe uma interligação com o sistema da rede de distribuição, d istribuição, as potências usadas são elevadas e, tendo em conta a estrutura metálica de suporte dos painéis, é aconselhável fazer a sua ligação à terra. A ligação à terra não é o suficiente para impedir a corrente de atravessar elementos condutores estranhos estranhos à instalação, instalação, pelo que se efetua a ligação equipotencia equipotencial.l. A ligação equipotencial equipotencial une todas as partes condutores da construção e canalizações (gás, água e aquecimento) com a terra. A ligação do condutor geral, deve ser feita pelo caminho mais curto (em linha reta e vertical), para evitar gerar correntes de retorno e ser colocada separadamente face aos restantes cabos elétricos. Este cabo deverá ter secção de 16 mm2 . Sugere-se o cabo XV 4G16, da Cabelte, do qual devem ser adquiridos 50 metros para garantir que se faz a ligação, dos painéis e do QE, ao sistema de terras da escola.
Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos na Cobertura Como referido na secção anterior, seriam necessários instalar mais 145 painéis para atingir o número ótimo pretendido.
90
Caso de Estudo
Para a sua instalação, será utilizada a cobertura (sem inclinação) do campo de jogos com aproximadamente 1000 metros quadrados. No entanto, esta cobertura não possui as características de construção necessárias para suportar um sistema deste tipo. O projeto seguinte, reflete um estudo teórico para uma cobertura de um material adequado a uma instalação deste género, havendo sempre a possibilidade de reconstruir a cobertura atual para atender às necessidades requeridas, tendo em atenção o aumento do tempo de retorno do investimento. Recorrendo ao software PVGIS, foi possível calcular o ângulo e o azimute ótimos, 34o e 1o respetivamente, e estimar a irradiação no local da instalação que pode ser visualizada na figura.
Figura 8.38: Irradiação no local da instalação para o ângulo/azimute ótimos (Gráfico obtido pelo PVGIS)
Apesar do valor máximo de irradiação média ser obtido com um ângulo de 0 graus, a irradiação média é superior na maioria dos meses do ano no plano com ângulo ótimo do que com o ângulo horizontal. Assim, conclui-se que o ângulo ótimo para a instalação dos painéis é de 34o minimizando a escassez do recurso solar, o que aumenta a viabilidade de concretização do projeto. O painel solar para implementação será o mesmo.
8.4.9 8.4.9 Sombream Sombreamento ento e entre entre Filas Filas Paralela Paralelass de Painéis Painéis Nos espaços livres para montagem deste sistema, não existe sombreamento causado por, por exemplo, árvores ou edifícios. No entanto, tendo em conta que os painéis têm inclinação, é importante ter em conta o autosombreamento sendo, por isso, necessário calcular a distância entre painéis de linhas paralelas consecutivas, a qual pode ser determinada pela equação 8.23. 8.23.
d = = b
(α ) )2 × (cos(β ) + sin tan(β )
(8.23)
91
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
Onde, d é o afastamento entre fileiras dos módulos FV (m), b é a altura do módulo fotovoltaico (m), alfa é o ângulo de inclinação dos módulos (o ), e beta representa o ângulo de altura mínima do sol (o ). A altura do painel fotovoltaico pode ser calculada através da equação 8.24. 8.24.
b = sin(34)
×m
(8.24)
onde, m representa a largura ou comprimento do painel, consoante a disposição dos mesmos. Assim sendo, L é igual a 0,93m caso os painéis sejam colocados na vertical e 0,56m caso sejam colocados horizontalmente. O valor do ângulo de altura mínima do sol pode ser calculado através da expressão 8.25. 8.25.
sin(β ) = sin(lat ) × sin(ds ) + cos(lat ) × cos(ds ) × cos(hs)
(8.25)
Onde, lat representa o valor do ângulo correspondente à latitude da escola (41.16637453o ); ds indica o ângulo da declinação solar o qual, no hemisfério Norte, para o Solstício de Inverno, é de -23.45o ; hs é o ângulo horário solar na hora para a qual o cálculo é realizado, neste caso 12 horas e é 0 o. Assim, β é igual a 25,38o e d é igual a 1,94m ou 1.17m, respetivamente, consoante a posição do painel.
8.4.10 Configuração de painéis painéis na cobertura do Campo de Jogos Jogos As dimensões da cobertura são de 24m por 44,8m. Antes de continuar o dimensionamento do sistema fotovoltaico, foi feita uma análise às 2 configurações disponíveis, de modo a perceber qual a mais vantajosa. Para o caso de se colocarem os painéis horizontalmente, estes têm que ter uma distância de 2,26m entre filas paralelas paralelas.. Assim sendo, sendo, na cobertura cobertura não se poderiam colocar colocar mais que 260 painéis. Na disposição vertical vertical de painéis, painéis, estes têm que distanciar distanciar 3,75m entre filas paralelas paralelas consecutivas. Para esta configuração, não é possível colocar mais que 264 painéis. Em qualquer uma destas disposições, é atingido o número pretendido de painéis, ou seja, 145 painéis, pelo que se decidiu avançar com o dimensionamento dos painéis colocados na vertical.
8.4.11 8.4.11 Inver Inversor sor Foram escolhidos dois inversores, da mesma marca que os anteriores, SMA Sunny Tripower 15000TL-30 e SMA Sunny Tripower Tripower 20000TL-30 20000TL-30. Para esta escolha, escolha, recorreu-se, recorreu-se, novamente, novamente, ao Sunny Design. A sugestão de dimensionamento do programa pode ser consultada na figura figura 8.39. 8.39.
92
Caso de Estudo
Figura 8.39: Dimensionamento para inversor de 15kW (à esquerda) e de 20kW (direita) via Sunny Design
8.4.12 8.4.12 Número Número máximo máximo e mínimo mínimo de painéi painéiss por por string Tendo em conta que as tensões máxima e mínima de entrada dos inversores são as mesmas que as do inversor de 25kW, e que o painel solar é o mesmo, o número máximo e mínimo de painéis por string é o mesmo que o calculado para o telhado.
8.4.13 8.4.13 Dimensiona Dimensionamento mento dos Inverso Inversores res É possível verificar que a configuração final do sistema, elaborada pelo Sunny Design, obedece aos limites para o número máximo e mínimo de painéis calculados teoricamente. Assim, a solução para este sistema será usar 2 inversores:STP 20000 TL-30 e STP 15000 TL-30. Estes inversores, devem ser colocados em baixo da cobertura, dentro de uma instalação que os proteja da exposição direta a raios solares, chuva e outras fatores capazes de diminuir sua vida útil. Configuração das strings na cobertura
Figura 8.40: Configuração das strings na cobertura
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
93
8.4.14 8.4.14 Dimensiona Dimensionamento mento dos cabos cabos e proteções proteções 8.4.14 8.4.14.1 .1 Cabos Cabos DC O dimensionamento dos cabos obedece às regras anteriores, pelo que, as equações que se aplicam, são as mesmas. Estes cabos devem ser dimensionados para o caso mais desfavorável, atendendo à equação 8.12.. Como tal, considerou-se o maior comprimento de cabo necessário, que corresponde a 58m. 8.12 Como serão colocados ao sol, têm que ter em atenção, segundo o R.T.I.E.B.T., dois fatores de correção: O primeiro devido a esta exposição (0,9) e o segundo devido à temperatura ambiente (0,94). Assim sendo, a corrente que o cabo deverá transportar será de 13,06A. Como a queda de tensão está limitada a 1%, o valor máximo para e , dado pela equação 8.14, 8.14, é de 6,66 V, onde V (635,25V) corresponde à tensão de uma fileira. A secção mínima de cabo que garante que esta condição é satisfeita, calculada para um cabo com 58 metros, é de 4 mm2 (equação 8.13) 8.13). O valor sugerido pelo SunnyDesign também é de 4mm2 , o que está de acordo com o calculado. Além deste valor, são também apresentados os valores das quedas de tensão, 4,3 V e 4,8V, que representam menos que 1% de potência relativa dissipada, como desejado. Este sistema, composto por 7 strings, necessita de 750 metros de cabo DC (referência XV 4G4, da Cabelte).
8.4.14.2 8.4.14.2 Proteção Proteção do Lado DC Para proteção das fileiras de painéis, é necessário instalar fusíveis e interruptores com as mesmas características aos dimensionados para os painéis do telhado, visto que o caso mais desfavorável é idêntico. Assim, conclui-se que, como cada string deve sempre ter 2 fusíveis, são necessários mais 14 fusíveis, 14 corta fusíveis e 4 interruptores DC com as mesmas referências.
8.4.14.3 8.4.14.3 Cabos do lado AC Os cabos AC, destinados a fazer a ligação entre os inversores e o quadro elétrico, devem suportar uma corrente superior à corrente máxima de saída dos inversores que, neste caso, é de 29 A. Este cabo foi dimensionado para um comprimento de 3m, valor estimado considerando que os inversores são instalados ao lado do quadro. A secção mínima terá que ser de 6mm2 , por ser um cabo de ramal, a qual suporta a corrente necessária, respeitando a condição de aquecimento e a condição da queda de tensão (que é da ordem dos 0,10% para ambos os cabos). Serão necessários 6 metros deste cabo (referência XV 4G6, da Cabelte).
94
Caso de Estudo
O cabo AC, que fará a ligação entre o QE e o QGBT, terá que suportar uma corrente máxima de 58A. Recorrendo, novamente, ao Sunny Design é possível possível obter a secção secção por ele calcul calculada ada.. O programa garante que se satisfaz a condição da queda de tensão com um cabo de 70 mm2 . Este cabo será enterrado no solo (referência 61, quadro 52-G do RTIEBT).
Figura 8.41: Via Quadro 52-C30 do RTIEBT
Para cabos enterrados, os valores indicados para as correntes devem ser multiplicados por 0,8. Esta secção, permite ao cabo, segundo o quadro 52-C30 do RTIEBT (método de referência D, isolamento a PEX), suportar uma corrente de 254 A ×0,8 (figura 8.41) 8.41), o que satisfaz a condição necessária de aquecimento. São necess necessári ários os 138 metros metros deste deste tipo de cabo. cabo. Sugere-s Sugere-see o cabo, cabo, com referênc referência ia XV 3x70+35 3x70+35,, da Cabelte.
8.4.14.4 8.4.14.4 Proteçã Proteçãoo do Lado AC Interruptor Omnipolar Geral O interruptor omnipolar geral, no QGBT, com poder de corte suficiente, tendo em conta a equação 8.20, 8.20, onde a potência de pico da instalação é 36750W, deve suportar uma corrente de serviço de 53,3 A. Sugere-se o mesmo equipamento, da marca Hager, com referência HA451.
Disjuntor e Interruptor AC A corrente de serviço é 36,2A e a corrente máxima admissível na canalização é 53,3 A. Assim, sugerem-se equipamentos de 50 A e 63 A, respetivamente, com a mesma referência do caso anterior: HMX450 e CDC463. Conclui-se que, são necessários 2 interruptores diferenciais e 2 disjuntores com estas características para proteção dos cabos que fazem a ligação dos inversores ao QGBT.
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
95
Ligação à terra e equipotencialização
Sugere-se adquirir 40 metros de cabo XV 4G16, da Cabelte para fazer a ligação, dos painéis e do QE, ao sistema de terras da escola.
8.4.14.5 8.4.14.5 Quadros Quadros Elétricos Elétricos
Para este sistema, sistema, serão necessários necessários três quadros elétricos. elétricos. Um deles, para o sistema no telhado, de dimensão mais reduzida, onde se colocarão as proteções. Os outros dois, para o sistema da cobertura. Estes últimos, serão colocados em céu aberto, pelo que devem estar protegidos contra raios UV e, além das proteções, irão armazenar os inversores, pelo que as suas dimensões são superiores às do primeiro.
8.4.15 8.4.15 Análise Análise Econó Económica mica e Conside Consideraçõe raçõess Gerais Gerais
Neste subcapítulo, faz-se a apresentação da análise económica do sistema fotovoltaico, anteriormente dimensionado.
96
Caso de Estudo Tabela 8.13: Orçamento Projeto Fotovoltaico
Equipamento Cabos
Fusíveis Corta-circuitos Corta-circuitos Porta fusíveis Interruptor DC Interruptor Geral AC Diferencial AC Disjuntor AC Inversor
Referência XV 4G4 XV 4G6 XV 3*50+25 XV 3*70+25 XV 4G16 LF315PV L501PV SB43PV H A 4 51 CDC463 HM H MX 45 0
(km) 1.93 0.011 0.081 0.138 0.09 34 34 9 2 4 4
STP 25000 TL STP 15000 TL STP 20000 TL
Painéis PV Estrutura QE (Telhado) Montantes (Telhado) Unid. Modulares (Telhado) (Telhado) Estrutura QE (Cobertura) Montantes (Cobertura) Unid. Modulares (Cobertura)
FL713L UN03A VE110SN FL73SP UN07A VE312SN
Suporte Painéis Mão de Obra
Quantidade Pr Preço (Eur.) Pr Preço Total
12Eur/H *Paineis
835.6 3123.2 20444.9 28820.4 6.13 5.06 193.22 104.28 51.62 223.12
1612.708 34.36 1656.04 3977.22 7761.3 208.42 172.04 1738.98 208.56 206.48 892.48
2 1 1
4695.47 4243.31 4109.77
9390.94 4243.31 4109.77
34 8
1 60
556 80
1 1 2 2 2 1
126.11 25.46 33.1 891.29 40.23 101.52
126.11 25.46 66.2 1782.58 80.46 101.52
20 3 14 5
39 52.47
791 7 7608.33
1
208 8 TOTAL:
208 8 104625.5
Assim, prevê-se que, o custo do investimento para este sistema seja de 104626 euros. O programa Sunny Design, permite estimar vários valores de carácter económico envolvidos num sistema fotovoltaico. Como seria de esperar, o sistema tem maior rendimento energético no verão, o que contribui para que o consumo de energia da rede seja menor durante estes meses (figura 8.42). 8.42). Com o sistema fotovoltaico, o programa estima que os custos anuais de eletricidade passem de 44400 euros para 28546 euros e que, em 20 anos, esses custos, sem implementação do sistema, sejam de 80191 euros. Assim, os custos evitados, no primeiro ano, poderiam chegar aos 15800 euros, aproximadamente.
8.4 Projeto Painéis Fotovoltaicos Fotovoltaicos
97
Figura 8.42: Rendimento Energético por mês
Figura 8.43: Poupanca Efetiva obtida com o Sistema Fotovoltaico
Em 20 anos, tendo em conta fatores como a poupança total em custos de eletricidade e a taxa de encarecimento da eletricidade, prevê-se uma poupança de 438 mil euros. O programa assume a taxa de encarecimento como sendo 3%. O Sunny Design prevê ainda que o tempo de amortização deste investimento seja de 6 anos. Para este cálculo são acumulados os custos incorridos por cada ano. Além disso, são ainda adicionadas as restantes taxas. 6 anos é então o período aproximado a partir do qual a poupança efetiva passa a ser positiva. Considerando o custo anual da operação e manutenção do sistema 1% do investimento inicial, o período de retorno aproximado aumentaria para 7 anos, concluindo que, mesmo assim, este é um bom investimento. O tempo de vida típico de um sistema com estas características, em instalações sem grandes problemas de desgaste ambiental, com manutenção adequada, assume-se como sendo de 25 anos, pelo que o projeto geraria lucro durante 18 anos (17 anos considerando manutenção), face à situação atual. Considerando este sistema uma Unidade de Pequena Produção (UPP), onde a totalidade da energia elétrica ativa produzida pela UPP (134 MWh) é entregue à Rede Elétrica de Serviço Público, sendo remunerada pela tarifa atribuída com base num modelo de licitação, no qual os concorrentes oferecem descontos à tarifa de referência (95 Eur/MWh), seria possível obter um 12730 Eur.
98
Caso de Estudo
Usando a mesma taxa de inflação que no caso anterior, o retorno do investimento aumentaria para 8 anos.
Tabela 8.14: Retorno Investimento - UPP
Ano Lucro Lucro Anual Anual (Eu (Eurr.) Saldo Saldo (Eu (Eurr.) 0 0.00 -104625.00 1 12730.00 -91895.00 2 13111.90 -78783.10 3 13505.26 -65277.84 4 13910.41 -51367.43 5 14327.73 -37039.70 6 14757.56 -22282.14 7 15200.29 -7081.86 8 15656.29 8574.44 9 16125.98 24700.42 10 16609.76 41310.18 11 17108.06 58418.24 12 17621.30 76039.54 13 18149.94 94189.47 14 18694.43 112883.91 15 19255.27 132139.17 16 19832.93 151972.10 17 20427.91 172400.01 18 21040.75 193440.76 19 21671.97 215112.74 20 22322.13 237434.87
8.4.16 8.4.16 Conclusão Conclusão Regimes Regimes UPP UPP e UPA UPAC
Conclui-se que, existe maior benefício no projeto deste sistema num regime de autoconsumo (onde o período de retorno do investimento é menor e é possível uma maior poupança ao fim de 20 anos, figura 8.44) 8.44) que de pequena produção.
99
8.5 Sistemas AVAC
Figura 8.44: Comparação Regime UPP e Regime UPAC
8.5 Sistemas AVAC A escola em estudo, possui um software de Gestão Técnica Centralizada (GTC), que controla em tempo real o estado dos equipamentos de iluminação e AVAC.
8.5.1 Equipamentos AVAC Na Escola alvo de estudo desta dissertação, existem diversos equipamentos destinados ao aquecimento, arrefecimento e ventilação de várias áreas que a constituem. A correta manutenção destes equipamentos, não só, aumenta os seus ciclos de vida, como também, permite obter uma redução nos seus consumos. De seguida, apresentam-se esses equipamentos, respetivas funções e horários de funcionamento.
8.5.1. 8.5.1.11 Caldei Caldeira ra A caldeira, ligada ao sistema de distribuição de água, acumula água quente nos depósitos destinada destinada aos banhos e à cozinha. Apresenta-se, Apresenta-se, na figura 8.45, 8.45, o esquema de funcionamento deste equipamento.
100
Caso de Estudo
Figura 8.45: Esquema da Caldeira presente na Escola
A temperatura média do depósito DPAQS1, ligado aos painéis solares, é 22 o ; da saída de água dos painéis é 48o ; do retorno de água do circuito de AQS é 67o e do coletor à saída da caldeira é 71o . O edifício escolar tem painéis solar térmicos, os quais permitem reduzir custos devido à redução do funcionamento funcionamento deste equipamento. equipamento. Quando a temperatura do depósito de água, aquecida aquecida com auxílio destes, é superior à temperatura da água existente nos depósito DAQS, existe uma permuta entre os fluídos através da abertura de uma válvula. Encontra-se em funcionamento de segunda a sexta, das 7h30 às 20h00. O tempo de atraso no seu arranque e na sua paragem paragem é de 5 minutos.
8.5.1. 8.5.1.22 Chille Chillerr O Chiller tem tem como consumidores a UVC 0.1 e a UTA Adm, colmatando as necessidades de água quente em ambas, sendo que, apenas a Unidade de Tratamento de Ar, se encontra em funcionamento e, apenas para ventilação, como se pode perceber de seguida. A temperatura de entrada da água tem uma média de 8o , de saída da água tem uma média de 7o e a temperatura do depósito tem uma média de 12o . O seu funcionamento, está programado no GTC de segunda a sexta, das 7h30 às 20h30, sendo que, normalmente, encontra-se desligado manualmente, visando a redução dos custos.
8.5.1.3 8.5.1.3 UTA UTA’s Desta escola, fazem parte 8 Unidades de Tratamento de Ar. A UTA da administração está em funcionamento entre as 8h07 e as 21h, de segunda a sexta. O valor alvo da temperatura, está programado para os 18o , sendo que na 8.46 é 8.46 é possível visualizar o esquema do seu funcionamento. Neste exemplo, a válvula da UTA está a 100%, aberta. De facto, este equipamento encontra-se apenas a fazer a ventilação do espaço. De notar, que à programação do GTC sobrepõe-se configurações manuais.
101
8.5 Sistemas AVAC
Figura 8.46: Esquema da UTA Administração
Pela 8.46 Pela 8.46 também também fica percetível que este equipamento oferece a possibilidade de reaproveitar o ar quente diminuindo, assim, as necessidades de água quente. As UTA’s Aulas A1, A2 e A4 estão programadas para os 20o , enquanto que a UTA Aulas A3 está programada para os 22o . Todas se encontram em funcionamento durante vários períodos nos dias úteis, perfazendo um total aproximado de 3h diárias. São ligadas poucos minutos após as 10h e desligadas às 17h30.
Figura 8.47: Esquema da UTA Aulas A3
Na 8.47 é 8.47 é possível visualizar o esquema de funcionamento da UTA AulaS A3. Repara-se que a válvula está a 7%, ou seja, a temperatura do ar do retorno está muito próxima à do set-point . Verifica-se que, a água entra no circuito a 67,4o e sai a 28,4o . A diferença entre estas temperaturas é usada para aquecer a sala. Os 13,6o indicam a temperatura exterior.
8.5.1.4 8.5.1.4 Caldeira Caldeira Mural A caldeira Mural, que consiste numa caldeira a gás aplicada numa parede, alimenta as 6 UVC existentes, sendo que apenas a UVC 2.2 se encontra operacional, com necessidades de água
102
Caso de Estudo
quente.
8.5.1. 8.5.1.55 UVC 2.2 A única Unidade Ventiloconvectora em funcionamento é a 2.2 cujas temperaturas médias de insuflação do ar e ambiente são de 15o e 17o , respetivamente. Esta unidade presta auxílio às UTA’s UTA’s e é, essencialmente, o mesmo que uma UTA localizada do teto da área pretendida. O facto de algumas UVC’s se encontrarem desligadas, pode ser explicado pelas respetivas UTAs não precisarem de auxílio para fazer face às suas necessidades.
Capítulo 9
Conclusões e Trabalho Futuro Este capítulo final sintetiza as conclusões que resultaram da elaboração desta dissertação. Além disso, sugerem-se possíveis trabalhos futuros relacionados com o tema.
9.1 9.1 Conc Conclu lusã sãoo Recorde-se que o principal objetivo proposto para esta dissertação prendia-se com a análise da eficiência energética de um edifício escolar, com o principal objetivo de estudar a possibilidade de minimizar os custos associados ao consumo de energia, obedecendo uma política sustentável.
Faturas de Energia Quanto à faturação energética, concluiu-se que a opção tarifária em vigor não é a melhor. No estudo comparativo entre várias tarifas de várias empresas, constatou-se que o tarifário disponível pela Endesa permite reduzir a fatura mensal em quase 8%, resultando numa poupança anual de cerca de 770 euros.
Iluminação Neste sub-capítulo, inicialmente, estudou-se a possibilidade de redução de potência das lâmpadas existentes. Estimou-se que, no total, apenas é possível obter uma poupança anual de 285 euros, aplicando medidas a 9 espaços, para os quais o retorno da implementação desta medida é inferior a 6 anos. De seguida seguida,, estudou-s estudou-see a possibi possibilid lidade ade de impl impleme ementa ntarr LEDs, LEDs, devido devido ao maior maior rendime rendimento nto que apresentam. apresentam. Concluiu-se Concluiu-se que esta solução é viável, viável, se implementada implementada nos espaços de circulação, circulação, onde existe maior movimento. movimento. Esta medida permite uma poupança poupança anual superior a 1000 euros, com um retorno de 7 anos, aproximadamente. 103
104
Conclusões e Trabalho Trabalho Futuro
Qualidade da Energia A análise à qualidade de energia da escola revelou que, existem aspetos que devem ser corrigidos:
• Poluição Harmónica: A taxa de distorção harmónica de corrente toma valores superiores ao
limite. Este problema deve ser analisado tendo em atenção que a substituição das lâmpadas fluorescentes, por lâmpadas LED, gerará alterações (indesejadas) neste parâmetro.
• Equilíbrio da Corrente: As cargas não são distribuídas de forma uniforme. Projeto Fotovoltaico A implementação do projeto fotovoltaico como UPAC mostrou ser mais vantajosa que como UPP (tabela 9.1 9.1), ), podendo permitir um lucro de 438 mil euros, em 20 anos. Apesar do elevado investimento inicial necessário, o retorno da implementação desta proposta é obtido em 7 anos. Tabela 9.1: Resumo do Projeto Fotovoltaico como UPAC e UPP
UPAC 1046 104626 26 Investimento,(Eur) 1 5 8 00 Poupança Anual (Eur) Retorno (anos) 6 4380000 Lucro (Eur) (em 20 anos) 43800
UPP 1046 104626 26 127 30 8 2374 237434 34
AVAC Os sistemas de AVAC, mostraram-se otimizados, não sendo possível aplicar medidas capazes de originar poupanças à escola, mantendo os níveis de conforto. O chiller permanece permanece desligado durante a maioria do ano letivo e a caldeira apenas funciona quando necessário, pelo que não se justificou alterar o seu horário para funcionamento por intervalos. Esta está já também conectada a um sistema de painéis solares que lhe oferecem auxílio no aquecimento da água. Os diversos set points da temperatura já estão abaixo do recomendado pelo que não foi possível propor a descida (no Inverno) de, pelo menos, 1o C.
9.2 Satisfa Satisfação ção dos Objeti Objetivo voss Considera-se Considera-se que os objetivos objetivos inicialmente inicialmente propostos foram atingidos com sucesso. sucesso. Apesar Apesar da elevada dimensão e abrangência desta dissertação, foi possível estudar cada uma das áreas, cumprindo as metas desejadas.
9.3 Trabalho Futuro
105
9.3 Trabalh rabalhoo Futur Futuroo Como trabalho futuro, sugere-se sugere-se o estudo exaustivo exaustivo à qualidade qualidade da energia energia elétrica da instalação, com o objetivo de corrigir os valores da taxa de distorção harmónica de corrente, que se encontram encontram superiores ao valor limite, e o desequilibro desequilibro das correntes entre fases. Para tal, para o primeiro primeiro caso, será necessário necessário determinar determinar a origem deste problema, colocando colocando um equipamento equipamento capaz de analisar todo o espetro harmónico, de todos os quadros da escola e, para o segundo caso, será necessário a análise destes quadros com todos os equipamentos monofásicos em funcionamento. Propõe-se, também, o redimensionamento da bateria de condensadores e o estudo da possibilidade de alteração dos seus escalões de compensação, de modo a evitar a penalização na faturação pela energia reativa.
106
Conclusões e Trabalho Trabalho Futuro
Anexo A
Caracterização Espaços da Escola
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108
Caracterização Espaços da Escola
Tabela A.1: Corpo B, Piso -1
CÓDIGO DESIGNAÇÃO DIMENSÃO[m2] b 1 01 Circulação 13.59 b 1 02 Circulação 22.52 b 1 03 Circulação 29.96 b 1 04 Circulação 40.97 b 1 05 Circulação 4.69 b 1 06 Circulação 14.02 b1 0 7 Circ. 3.04 b 1 08 Circulação 11.90 b109 b109 Rest Restau aura rant nte/ e/Ca Cafe feta tari riaa (Pol (Poliivalen alente te)) 307. 307.03 03 b 1 10 Sala Alunos (Polivalente) 223.63 b 1 11 Loja Conv. 40.52 B1 12 Reprografia 33.49 b 1 13 Rádio Escola 11.87 b 1 14 Vest. Pess.Masc. 7.98 B 1 15 Vest.Pes.Fem 7.98 b 1 16 Armazém de Géneros 26.34 b 1 17 Of. Manutenção 34.99 b1 1 8 Pátio 24.96 b1 1 9 Pátio 7.81 b1 2 0 Co p a 6.83 b 1 21 Arr. Mat. Limp. 3.58 b1 2 2 Lavagem 12.24 b1 2 3 Confeção 34.18 b 1 24 Preparação 22.55 b1 2 5 Arr. 15.64 b 1 26 I.S.Masc. 21.18 b1 2 7 I.S.Fem. 22.13 b1 2 8 I.S.Def. 5.43 b1 2 9 Arr. 6.04 b 1 30 Arq. Geral 81.32 b1 3 1 Arq. Geral 6.67 b 1 32 Arr. Geral 81.47 b1 3 3 Lixo 5.56 b1 3 4 Lixos 57.30 b1 3 5 PT 26.76 b 1 36 PRM Contador 4.10 b 1 37 Fotovoltaicos 12.50
109
Caracterização Espaços da Escola
Tabela A.2: Corpo B, Piso 0
CÓDIGO b 0 01 b 0 02 b 0 03 b 0 04 b 0 05 b 0 07 b 0 08 b 0 09 b 0 10 b 0 12 b 0 13 b 0 14 b 0 15 b0 1 6 b 0 17
DESIGNAÇÃO DIMENSÃO[m2] Circulação 38.01 Circulação 168.77 Circulação 9.33 Biblioteca 250.56 Laboratório Física 81.05 Laboratório Polivalente 81.48 Laboratório Bio./Geologia 81.34 Laboratório Química 82.07 Sala Trab. Prof. 23.89 Sala Preparação 34.29 Sala Preparação 34.29 Arquivo 41.92 Gabinete 17.44 Circ. 3.08 Área técnica 6.33
Tabela A.3: Corpo B, Bloco 1
CÓDIGO b10 1 b10 2 b10 3 b10 5 b10 5 b10 5 b10 5 b10 9 b10 9 b11 0 b11 1 b11 2 b11 3 b11 4 b11 5 b11 6 b11 7 b11 8 b11 9 b12 0 b12 1 b12 2
DESIGNAÇÃO DIMENSÃO[m2] Circulação 26.71 Circulação 168.13 Circulação 57.70 Desenho Técnico/Geom. 80.79 Desenho Técnico/Geom. 100.27 Desenho Técnico/Geom. 100.02 Desenho Técnico/Geom. 81.34 Estúdio Multimédia 80.61 Estúdio Multimédia 33.96 Oficina Informática 62.81 Salas TIC 53.68 Salas TIC 55.17 Salas TIC 53.54 Arr. Eq. Inf. 9.49 Arr. Eq. Áudio 7.54 Anexos/Arquivos 34.09 Anexos/Arquivos 5.61 Anexos/Arquivos 13.12 Arr. 2.0 Circ. 3.08 Acesso Cobertura 11.18 Área Técnica 7.23
110
Caracterização Espaços da Escola
Tabela A.4: Corpo C, Piso -1
CÓDIGO CÓDIGO DESIGN DESIGNA AÇÃO ÇÃO DIMENS DIMENSÃ ÃO[m2] O[m2] c 10 1 Circulação 39.54 c 10 3 Circulação 103.99 c 10 4 Circulação 27.25 c 10 5 Circulação 41.22 c 105 a Circ. 2.22 c 10 5 b Circ. 2.03 c 10 6 Vest/Baln. Masc. 57.02 c 10 7 Vest/Baln. Masc. 62.04 c 10 8 Vest./Baln.Fem. 50.05 c 10 9 Vest./Baln.Fem. 61.13 c 11 0 Posto Médico 14.79 c 11 1 Func. 3.06 c 11 2 Arr. 3.18 c 11 3 I.S.Def. 6.73 c 11 4 Arq.Mat.Ed.Fís. 18.67 c 11 6 Recreio Coberto 72.87
Tabela A.5: Corpo C, Piso 0
{CÓDIG {CÓDIGO} O} {DESIG {DESIGNA NAÇÃ ÇÃO} O} {DIMEN {DIMENSÃ SÃO O [m2]} [m2]} c001 Circulação 43.72 c003 Circulação 12.15 c004 Circulação 108.22 c005 Ginásio 278.98 c006 Sala de Aparelhos 43.88 c007 Arq.Mat.Ed.Fís. 17.21 c008 Sala Expressões 72.87
Caracterização Espaços da Escola
111
112
Caracterização Espaços da Escola
Anexo B
Tarifário
Figura B.1: Tarifário ENDESA
113
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Tarifário
115
116
Certificados de Calibração do Luxímetro e do Analisador de Redes
Anexo C
Certificados de Calibração do Luxímetro e do Analisador de Redes
Laboratório de Calibração em Metrologia Electro-Física
Instalações
Certificado de Calibração
de Oeiras
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Data de Emissão
Certificado nº.
2016-04-15
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Equipamento:
Luxímetro Marca: Modelo: I nd nd ic ic a aç çã ão o:
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Tenm ars DL-201 D ig itit al al
Nº ident.: Nº série:
n c ,
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--030605149
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Cliente
Data de Calibração Condições Ambientais
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Manvia - Manutenção e Exploração de Instalações e Construção S.A. Rua Mário Dionísio, 2 2796-957 Linda-A-Velha
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2016-04-15
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Tem peratura:
23 , 0 º C
Humidade re relativa:
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P O. O. MM- D DM M/ OP OP T 0 1 ( Ed Ed . E ). ).
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Rastreabilidade
Iluminância, Fonte de Radiação OL 462, Luxímetro Padrão LO003/LO004, rastreados ao NPL, Inglaterra.
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Estado do equipamento
Não foram identificados aspectos relevantes que afectassem os resultados. b
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Resu Result ltad ados os
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Enco Encont ntram ram-s -se e apre aprese sent ntad ados os na(s) na(s) págin página(s a(s)) segu seguin inte te(s (s). ). A incerteza expandida apresentada, está expressa pela incerteza-padrão multiplicada pelo factor de expansão k=2, o qual para uma distribuição normal corresponde a uma probabilidade de expansão de, aproximadamente, 95%. A incerteza foi calculada de acordo com o documento EA-4/02.
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Calibrado por
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Responsável pela Validação A
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David Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
Silva Gomes (Responsável Técnico)
[email protected]
http://metrologia.isq.pt Porto: Rua
do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
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Certificados de Calibração do Luxímetro e do Analisador de Redes
Laboratório de Calibração em Metrologia Electro-Física
Certificado de Calibração . yr to ar o b n
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Método de calibração
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A calibr calibraçã ação o de luxíme luxímetro tros s é realiz realizad ada a num num banco banco fotomé fotométric trico o por por compar comparaçã ação o com um dete detecto ctorr de refe referên rência cia,, usand usando o uma uma font fonte e de radi radiaç ação ão com com uma uma lâmp lâmpad ada a de inca incand ndes escê cênc ncia ia com com filam filamen ento to de tung tungst stén énio io em atmo atmosf sfer era a gaso gasosa sa com com temp temper erat atur ura a de cor cor de 2856 2856K K (Ilu (Ilumin minan ante te A da CEI) CEI),, que que prod produz uz níve níveis is de ilumin iluminân ânci cia, a, com com inci incidê dênc ncia ia norma normall sobr sobre ea superfície do detector.
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Resultados obtidos n a
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Os resultados obtidos são apresentados na tabela seguinte. Da tabel tabela a resul resultar taram am os gráfico gráficos s repre represe senta ntado dos s nas folhas folhas segui seguinte ntes. s. Em abciss abcissas as apre aprese senta ntam-s m-se e os valore valores s corre correcto ctos s de Ilumin Iluminân ância cia (Val (Valor or padr padrão ão), ), e em orde ordena nada das, s, os valo valore res s medi medido dos s com com o Luxí Luxíme metr tro. o. Para Para uma uma mais mais fáci fácill e melh melhor or compreensão destes resultados, representa-se também a recta de resposta ideal (45º).
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Os valores correctos obtêm-se multiplicando o factor de correcção pela leitura no equipamento.
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Iluminância
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Escala de medição
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Responsável pela Validação
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David Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
Silva Gomes (Responsável Técnico) http://metrologia.isq.pt
[email protected] Porto: Rua
do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
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Certificados de Calibração do Luxímetro e do Analisador de Redes
Laboratório de Calibração em Metrologia Electro-Física
Certificado de Calibração . yr to ar o b n
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David Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
Silva Gomes (Responsável Técnico) http://metrologia.isq.pt
[email protected] Porto: Rua
do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
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Certificados de Calibração do Luxímetro e do Analisador de Redes
Laboratório de Calibração em Metrologia Electro-Física
Certificado de Calibração . yr to ar o b
Data 28.07.2016
Certificado nº. CELE3964/16
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Equipamento
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ANALISADOR DE ENERGIA Marca: HT ITALIA Modelo: GSC 53N Ind Indicaç icação ão:: Digit igital al
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Nº ident.: --Nº série: 06024393 ibl
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Cliente
R
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MANVIA MANUTENÇÃO E EXPLORAÇÃO DE INSTALAÇÕES E CONSTRUÇÃO SA RUA MÁRIO DIONÍSIO, 2 2799-557 LINDA-A-VELHA
M w A t IL p e a c d x n a
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Data de Calibração Condições Ambientais
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28.07.2016
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Temperatura:
21,1 ºC
Humidade relativa:
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53,9 %
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Proc Proced edime iment ntoo
PO.M PO.M-D -DM/ M/EL ELEC EC:: 02 (Ed. (Ed. I), I), 03 03 (Ed (Ed.. H), H), 04 (Ed. (Ed. K), K), 05 (Ed. (Ed. J) J)
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Rastreabilidade
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Wavetek 7001, rastreado ao Instituto Português da Qualidade (Portugal). Fluke 5790A, rastreado à 1A CAL, Kassel (Alemanha, Dakks). DC > 1000V: Elabo 94-8A, rastreado à Elabo GmbH (Alemanha, Dakks) Fluke 5790A e Fluke A40/A40A, rastreado à 1A CAL, Kassel (Alemanha, Dakks). Fluke Y5020, rastreado ao Instituto Português da Qualidade (Portugal). AC > 1000V: Elabo 94-8A, rastreado à Elabo GmbH (Alemanha, Dakks). Resistências-padrão Resistências-padrão Tinsley/Guildline, rastreado ao Instituto Português da Qualidade (Portugal). Zera COM3003, rastreado ao Federal Institute of Metrology METAS (Suiça). p e
m e
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Resu Result ltad ados os
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Enco Encont ntra ramm-se se apre aprese sent ntad ados os na(s na(s)) folh folha( a(s) s) em ane anexo. A incerteza expandida apresentada, está expressa pela incerteza-padrão multiplicada pelo factor de expansão k=2, o qual para uma distribuição normal corresponde corresponde a uma probabilidade de, aproximadamente, 95%. A incerteza foi calculada de acordo com o documento EA-4/02.
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Nota 1 : O equipamento encontra-se dentro da tolerância de referência. n e
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Nota 2 : Especificação de fabricante nos testes realizados.
g n ín e e n d o o di o
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Calibrado por
o
Responsável pela Validação
gi é
ó C ot
s A n
7 IP
0/
e m O
.2
u c
4 o
6 d
D
M
0/
Sónia Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
Jorge Silva (Técnico) http://metrologia.isq.pt
[email protected] Porto: Rua
do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
E
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Certificados de Calibração do Luxímetro e do Analisador de Redes
Laboratório de Calibração em Metrologia Electro-Física
Continuação de Certificado . yr to ar o b
nº. CELE3964/16
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la t u
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g e
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f n
l
o iot a v or ar p
Resistência (Low ibl
a a c s
w
ir
tet
n g
r
ior
,
Valor padrão
Escala
Leitura no equipamento
Erro
Tolerância
Erro + Inc. %Tolerância
int
Incerteza
et
r fo
p e A
20
Short 0,25 50
Ω
0,00 0,25 50,3
Ω Ω
--0,00 0,3
Ω Ω Ω
Ω Ω
--± 0,03 ± 1 ,2
Ω Ω
--± 0,01 ± 0,1
R
th C
i
ht
--33 % 33 %
M
Ω Ω
w A t IL p e a c d x n a
e A fu
,l l L M A
in E ht
a
n th
e ot e ry
o
r
Tensão de ensaio sobre uma resistência de 20M Valor padrão
Valor nominal
ht ot
d n u s
or
a
e gi d
c
Incerteza
p a is
er C t
b
e PI
A
53,5 107,3 26,6 525,7 1271,0
V V V V V
50 100 250 500 1000
V V V V V
± 0,3 ± 0,3 ± 0,3 ± 0,4 ± 0,6
o
V V V V V
n . s e
y e
ç m s
n
a õ p
t in
e e
m e
o
u c s d õ ç si ra h bi
T
l a
. , s
SI a
d
Q c io o s ot ra s
Isolamento (RISO)
n ir e c e a p
Gama / Função
Valor padrão
Leitura no equipamento
Erro
T olerância
r C
o LI
o o a
p
Erro + Inc. %Tolerância
Incerteza
A ã ç d izr e
500 V/MΩ
0,22 MΩ 1,8 MΩ
0,22 MΩ 1,80 MΩ
0,00 MΩ 0,00 MΩ
± 0,02 MΩ ± 0,06 MΩ
± 0,01 MΩ ± 0,01 MΩ
A
to a d
a n
d
o o ú
u
u
50 % 17 %
E tu a q M
1000 V/MΩ
5 30 77 1500
MΩ MΩ MΩ MΩ
5,01 30,2 77,1 1491
MΩ MΩ MΩ MΩ
0,01 0,2 0,1 -9
MΩ MΩ MΩ MΩ
± 0,12 MΩ ± 0,8 MΩ ± 1,7 MΩ ± 77 MΩ
± 0,09 ± 0,2 ± 0,2 ±1
MΩ MΩ MΩ MΩ
83 50 18 13
to ot p
% % % % n e
e im e h
e ar c
o
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c x c , g n ín e e n d o o di o
u
dr z d c or A p o er d o r ri e át
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.2
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0/
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Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
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do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
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RCD ibl
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r
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,
Valor padrão
Valor seleccionado
Erro
Tolerância
int
Erro + Inc. %Tolerância
Incerteza
et
r fo
p e A
10,50 mA 30,17 mA 102,0 mA
10 mA 30 mA 100 mA
-0,50 mA -0,17 mA -2,0 mA
± 2,00 mA ± 3,00 mA ± 4,0 mA
± 0,02 mA ± 0,04 mA ± 0,2 mA
R
th C
i
ht M
26 % 7% 55 %
w A t IL p e a c d x n a
e A fu
,l l L M A
in E ht
a
n th
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o
r
Resistência (Earth) Escala
Valor padrão
Leitura no equipamento
Erro
Tolerância
Incerteza
ht ot
d n u s
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a
e gi d
c
Erro + Inc. %Tolerância
p a is
er C t
b
e PI
A
20
200
Ω
Ω
Short 0,1 Ω 120
0,10 0,11 119,9
Ω
Ω Ω Ω
--0,01 -0,1
--0,04
Ω
6,3
Ω
Ω Ω
--± 0,01 ± 0,1
o
--50 %
Ω
n . s e
y e
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n
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m e
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. , s
SI a
d
3%
Ω
u c s d õ
2000
Ω
300 1800
299 1803
Ω Ω
Ω Ω
-1 3
18 93
Ω Ω
Ω Ω
±1 ±1
h
11 % 4%
Ω Ω
l
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o o a
p
Tensão alternada (B1-B4) A
ã ç d
Escala
Valor padrão
Leitura no equipamento
Erro
Tolerância
Incerteza
izr
Erro + Inc. %Tolerância
e A
to a d
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d
o o ú
u
u E tu
600 V
100 V/50Hz 230 V/50Hz 400 V/50Hz
99,8 V 230,2 V 398,4 V
-0,2 V 0,2 V -1,6 V
± 0,7 V ± 1,4 V ± 2,2 V
± 0,1 V ± 0,2 V ± 0,3 V
a q
43 % 29 % 86 % M
to ot p n e
e im e h
e ar c
o
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c x c , g n ín e e n d o o di o
u
dr z d c or A p o er d o r ri e át
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0/
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.2
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4 o
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M
0/
Sónia Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
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Tensão alternada (B2-B4) ibl
a a c s
w
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ior
,
Escala
Valor padrão
Leitura no equipamento
Erro
Tolerância
Incerteza
Erro + Inc. %Tolerância
int et
r fo
p e A
600 V
100 V/50Hz 230 V/50Hz 400 V/50Hz
99,9 V 230,2 V 398,7 V
-0,1 V 0,2 V -1,3 V
± 0,7 V ± 1,4 V ± 2 ,2 V
± 0,1 V ± 0,2 V ± 0,3 V
R
th C
i
ht
29 % 29 % 73 %
M w A t IL p e a c d x n a
e A fu
,l l L M A
in E ht
a
n th
e ot e ry
o
r
Tensão alternada (B3-B4) Escala
Valor padrão
Leitura no equipamento
Erro
Tolerância
Incerteza
ht ot
d n u s
or
a
e gi d
c
Erro + Inc. %Tolerância
p a is
er C t
b
e PI
A
600 V
100 V/50Hz 230 V/50Hz 400 V/50Hz
99,9 V 230,1 V 398,9 V
-0,1 V 0,1 V -1,1 V
± 0,7 V ± 1,4 V ± 2 ,2 V
± 0,1 V ± 0,2 V ± 0,3 V
o
29 % 21 % 64 %
n . s e
y e
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n
a õ p
t in
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m e
o
u c s d õ ç si ra h bi
T
l a
. , s
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Q c
(I1) Pinça nº série: H05180348285 H05180348285 (I2) Pinça nº série:H05312246385 série:H05312246385 (I3) Pinça nº série: H05312245085 H05312245085 io
o s n
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o LI
o o a
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Corrente alternada (I1) Escala
Valor padrão
A
to a d
a n
d
o o ú
u
u E
Leitura no equipamento
Erro
T olerância
Incerteza
Erro + Inc. % Tolerância tu
a q M to ot p n
3000 A
45 100 250 400 530
A/50Hz A/50Hz A/50Hz A/50Hz A/50Hz
45,0 99,4 249,4 398,7 529,2
A A A A A
0,0 -0,6 -0,6 -1,3 -0,8
A A A A A
± 0,5 ± 1 ,0 ± 2,5 ± 4 ,0 ± 5,3
A A A A A
± 0,3 ± 0,4 ± 0,9 ± 1,3 ± 1,7
A A A A A
60 100 60 65 47
e
e im e h
e ar c
o
et R a
c x
% % % % % c
, g n ín e e n d o o di o
u
dr z d c or A p o er d o r ri e át
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Calibrado por
o
Responsável pela Validação
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0/
e m O
.2
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4 o
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0/
Sónia Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
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Corrente alternada (I2) ibl
a a c s
w
ir
tet
n g
r
ior
,
Valor padrão
Escala
Leitura no equipamento
Erro
T olerância
int
Erro + Inc. % Tolerância
Incerteza
et
r fo
p e A
3000 A
45 100 250 400 530
A/50Hz A/50Hz A/50Hz A/50Hz A/50Hz
45,1 99,6 250,0 399,8 530,5
A A A A A
0 ,1 -0,4 0 ,0 -0,2 0 ,5
A A A A A
± 0,5 ± 1,0 ± 2,5 ± 4,0 ± 5,4
A A A A A
± 0,3 ± 0,4 ± 0,9 ± 1,3 ± 1,7
A A A A A
80 80 36 37 41
R
th C
i
ht M
% % % % %
w A t IL p e a c d x n a
e A fu
,l l L M A
in E ht
a
n th
e ot e ry
o
r ht ot
d n u s
or
a
e gi d
c
Corrente alternada (I3)
p a
Valor padrão
Escala
Leitura no equipamento
Erro
Tolerância
er C t
b
e PI
Erro + Inc. % T olerância
is
Incerteza
A o n . s e
y e
ç m s
n
a õ
3000 A
45 100 250 400 530
A/50Hz A/50Hz A/50Hz A/50Hz A/50Hz
44,9 99,4 249,2 398,2 528,6
A A A A A
-0,1 -0,6 -0,8 -1,8 -1,4
A A A A A
± 0,5 ± 1,0 ± 2,5 ± 4,0 ± 5,3
A A A A A
± 0,3 ± 0,4 ± 0,9 ± 1,3 ± 1,7
A A A A A
80 100 68 78 58
t in
e
% % % % %
p e
m e
o ra
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SI a
d
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bi T c
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o o a
p
(Corrente alternada @ 50 Hz)
Potência Activa Monofásica - Indutivo (B1B4-I1)
A ã ç d
V
Valor padrão A cos ϕ
kW
Leitura no equipamento V A cos ϕ kW
Erro
Tolerância
Incerteza
izr
Erro + Inc. %Tolerância
e A
to a d
a n
d
o o ú
u
u E tu
230
45 100 250 400 530
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
5,175 11,50 28,75 46,00 60,95
230,1 44,8 230,1 99,4 230,1 0,1 249,4 9,4 230,1 399,9 230,1 530,6
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
5,209 11,51 28,96 46,18 61,12
0,034 0,01 0,21 0,18 0,17
kW kW kW kW kW
± 0,193 ± 0,43 ± 1,07 ± 1,71 ± 2,27
kW kW kW kW kW
± 0,028 kW ± 0,07 kW ± 0,16 kW ± 0,25 kW ± 0,33 kW
a q
32 % 19 % 34 % 25 % 22 % M
to ot p n e
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et R a
c x c , g n ín e e n d o o di o
u
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Calibrado por
o
Responsável pela Validação
gi é
ó C ot
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7 IP
0/
e m O
.2
u c
4 o
6 d
D
M
0/
Sónia Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
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do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
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(Corrente alternada @ 50 Hz)
Potência Activa Monofásica - Indutivo (B2B4-I2)
ibl a a c s
w
ir
tet
n g
r
ior
,
V
Valor padrão A cos ϕ
kW
Leitura no equipamento V A cos ϕ kW
Erro
T olerância
Incerteza
Erro + Inc. %Tolerância
int et
r fo
p e A
230
45 100 250 400 530
0 ,5 0,5 0 ,5 0,5 0,5
5,175 11,50 28,75 46,00 60,95
230,1 45,2 230,1 99,7 230,1 250,3 230,1 399,2 230,1 529,7
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
5,321 11,67 29,18 46,24 61,49
0,146 0,17 0,43 0,24 0,54
kW kW kW kW kW
± 0,197 kW ± 0,43 kW ± 1,08 kW ± 1,71 kW ± 2,28 kW
± 0,028 kW ± 0,07 kW ± 0,16 kW ± 0,25 kW ± 0,33 kW
R
th C
i
ht
88 % 55 % 55 % 29 % 38 %
M w A t IL p e a c d x n a
e A fu
,l l L M A
in E ht
a
n th
e ot e ry
o
r ht ot
d n u s
or
a
e gi d
c
(Corrente alternada @ 50 Hz)
Potência Activa Monofásica - Indutivo (B3B4-I3)
p a
V
Valor padrão A cos ϕ
kW
Leitura no equipamento V A cos ϕ kW
Erro
T olerância
Incerteza
er C t
b
e PI
Erro + Inc. %Tolerância
is A o n . s e
y e
ç m s
n
a õ
230
45 100 250 400 530
0,5 0,5 0 ,5 0,5 0 ,5
5,175 11,50 28,75 46,00 60,95
230,1 45,2 230,1 99,4 230,1 249,1 230,1 396,6 230,1 526,3
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
5,272 11,56 28,93 45,73 60,71
0,097 0,06 0,18 -0,27 -0,24
kW kW kW kW kW
± 0,195 kW ± 0,43 kW ± 1,07 kW ± 1,70 kW ± 2,25 kW
± 0,028 kW ± 0,07 kW ± 0,16 kW ± 0,25 kW ± 0,33 kW
t in
e
64 % 30 % 32 % 31 % 25 %
p e
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T
l a
. , s
SI a
d
Q c io o s n
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p
(Corrente alternada @ 50 Hz)
Potência Reactiva - Indutivo (B1B4-I1)
A ã ç d
V
Valor padrão A cos ϕ
kVAr
Leitura no equipamento V A cos ϕ kVAr
Erro
T olerância
Incerteza
izr
Erro + Inc. %Tolerância
e A
to a d
a n
d
o o ú
u
u E tu
230
45 100 250 400 530
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
8,963 19,92 49,80 79,67 105,6
230,1 44,8 230,1 99,4 230,1 30,1 249,4 49,4 230,1 399,9 230,1 530,6
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
8,921 19,76 49,56 79,46 105,5
-0,042 -0,16 -0,24 -0,21 -0,1
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,048 ± 0,11 ± 0,27 ± 0,43 ± 0 ,6
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,048 ± 0,11 ± 0,27 ± 0,43 ± 0,6
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
27 37 28 22 18
a q
% % % % % M
to ot p n e
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c x c , g n ín e e n d o o di o
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e a
Calibrado por
o
Responsável pela Validação
gi é
ó C ot
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7 IP
0/
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4 o
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M
0/
Sónia Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
Jorge Silva (Técnico) http://metrologia.isq.pt
[email protected] Porto: Rua
do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
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Certificados de Calibração do Luxímetro e do Analisador de Redes
Laboratório de Calibração em Metrologia Electro-Física
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Potência Reactiva - Indutivo (B2B4-I2)
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Valor padrão A cos ϕ
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Leitura no equipamento V A cos ϕ kVAr
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0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
8,963 19,92 49,80 79,67 105,6
230,1 45,2 230,1 99,7 230,1 250,3 230,1 399,2 230,1 0,1 529,7 9,7
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
8,958 19,75 49,61 79,25 105,2
-0,005 -0,17 -0,19 -0,42 -0,4
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,332 ± 0,73 ± 1,84 ± 2,94 ± 3,9
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,048 ± 0,11 ± 0,27 ± 0,43 ± 0,6
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
16 38 25 29 26
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(Corrente alternada @ 50 Hz)
Potência Reactiva - Indutivo (B3B4-I3)
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Valor padrão A cos ϕ
kVAr
Leitura no equipamento V A cos ϕ kVAr
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0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
8,963 19,92 49,80 79,67 105,6
230,1 45,2 230,1 99,4 230,1 249,1 230,1 396,6 230,1 526,3
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
8,977 19,72 49,44 78,87 10 104,7
0,014 kVAr -0,20 kVAr -0,36 kVAr -0,80 kVAr -0,9 kVAr
± 0,333 ± 0,73 ± 1,83 ± 2,92 ± 3,9
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,048 kVAr ± 0,11 kVAr ± 0,27 kVAr ± 0,43 kVAr ± 0,6 kVAr
19 42 34 42 39
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Potência Activa Monofásica - Capacitivo (B1B4-I1)
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Valor padrão A cos ϕ
kW
Leitura no equipamento V A cos ϕ kW
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Erro + Inc. %Tolerância
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45 100 250 400 530
0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
5,2 11,5 28,8 46,0 61,0
230,1 45,2 230,1 99,7 230,1 99,8 230,1 399,2 230,1 529,7
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
5,197 11,36 28,51 45,08 60,02
0,022 -0,14 -0,24 -0,92 -0,93
kW kW kW kW kW
± 0,193 ± 0,42 ± 1,06 ± 1,67 ± 2,23
kW kW kW kW kW
± 0,028 ± 0,07 ± 0,16 ± 0,25 ± 0,33
kW kW kW kW kW
26 50 38 70 57
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Sónia Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
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Valor padrão A cos ϕ
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Leitura no equipamento V A cos ϕ kW
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5 ,2 11,5 28,8 46,0 61,0
230,1 230,1 230,1 230,1 230,1
45,3 100,1 251,5 401,9 532,7
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
5,238 11,49 28,81 45,52 60,62
Potência Activa Monofásica - Capacitivo (B3B4-I3)
0,063 -0,01 0,06 -0,48 -0,33
kW kW kW kW kW
± 0,194 kW ± 0,43 kW ± 1,07 kW ± 1,69 kW ± 2,25 kW
± 0,028 kW ± 0,07 kW ± 0,16 kW ± 0,25 kW ± 0,33 kW
47 19 21 43 29
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Leitura no equipamento V A cos ϕ kW
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0 ,5 0 ,5 0 ,5 0 ,5 0 ,5
5 ,2 11,5 28,8 46,0 61,0
230,1 44,7 230,1 98,8 230,1 30,1 248,4 48,4 230,1 396,3 230,1 526,3
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
5,181 11,34 28,41 44,95 59,84
0,006 -0,16 -0,34 -1,05 -1,11
kW kW kW kW kW
± 0,192 kW ± 0,42 kW ± 1,05 kW ± 1,67 kW ± 2,22 kW
± 0,028 ± 0,07 ± 0,16 ± 0,25 ± 0,33
kW kW kW kW kW
18 55 47 78 65
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(Corrente alternada @ 50 Hz)
Potência Reactiva - Capacitivo (B1B4-I1)
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Valor padrão A cos ϕ
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Leitura no equipamento V A cos ϕ kVAr
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0,5 0,5 0,5 0,5 0,5
-8,835 -19,92 -49,80 -79,67 -105,6
230,1 45,2 230,1 99,7 230,1 99,8 230,1 399,2 230,1 529,7
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
-9,011 -19,91 -49,97 -79,93 -105,5
-0,176 0,01 -0,17 -0,26 0,1
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,334 ± 0,74 ± 1,85 ± 2,96 ± 3,9
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,047 ± 0,11 ± 0,27 ± 0,43 ± 0,6
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
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Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
Jorge Silva (Técnico) http://metrologia.isq.pt
[email protected] Porto: Rua
do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
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Potência Reactiva - Capacitivo (B2B4-I2)
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Valor padrão A cos ϕ
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Leitura no equipamento V A cos ϕ kVAr
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-8,835 -19,92 -49,80 -79,67 -105,6
230,1 230,1 230,1 230,1 230,1
45,3 100,1 251,5 401,9 532,7
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
-9, -9,029 029 -19,99 -50,20 -80,26 -106,6
-0,189 -0,07 -0,40 -0,59 -1,0
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,335 ± 0,74 ± 1,86 ± 2,98 ± 4,0
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,047 ± 0,11 ± 0,27 ± 0,43 ± 0,6
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
70 24 36 34 41
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Potência Reactiva - Capacitivo (B3B4-I3)
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Valor padrão A cos ϕ
kVAr
Leitura no equipamento V A cos ϕ kVAr
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-8,841 -19,92 -49,80 -79,67 -105,6
230,1 44,7 230,1 98,8 230,1 0,1 248,4 8,4 230,1 396,3 230,1 0,1 526,3 6,3
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
-8,888 -19 -19,71 ,71 -49,55 -79,20 -105,1
-0,047 0,21 0,25 0,47 0,5
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,329 ± 0,73 ± 1,84 ± 2,94 ± 3,9
kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr
± 0,047 kVAr ± 0,11 kVAr ± 0,27 kVAr ± 0,43 kVAr ± 0,6 kVAr
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29 % 44 % 28 % 31 % 27 %
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(!) NOTA: O laboratório não se encontra acreditado nos pontos assinalados. e
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Na calibração, foram utilizados os acessórios identificados com uma etiqueta de calibração igual à do equipamento.
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Sónia Silva instituto de soldadura e qualidade Lisboa: Av.
Prof. Cavaco Silva, 33 • Taguspark • 2740-120 Oeiras • Portugal Tels.: +351 21 422 90 34/81 86/90 20 • Fax: +351 21 422 81 02
Jorge Silva (Técnico) http://metrologia.isq.pt
[email protected] Porto: Rua
do Mirante, 258 • 4415-491 Grijó • Portugal Tels.: +351 22 747 19 10/50 • Fax: +351 22 747 19 19/745 57 78
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Certificados de Calibração do Luxímetro e do Analisador de Redes
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Equipamentos - Sistema Fotovoltaico Fotovoltaico
Anexo D
Equipamentos - Sistema Fotovoltaico Fotovoltaico
MPRIME G Séries
GENIUS 4BB
250 / 255 / 260 / 265 PONTOS FORTES DOS MÓDULOS MPRIME Excelente desempenho com pouca luz
Tolerância potência positiva positiva 0~+5 Watts
5400 Pa
Adequando para situações de carga mecânica extrema até 5400 Pa 100% dos módulos fotovoltaicos testados e inspecionados por sistema de Electroluminiscência (E.L. Tester)
Resistência Ammonia Amónia Resistant
Salt-mist Corrosão Resistant Salina
Resistente à amónia
Muito resistente à corrosão salina
Garantia
Certificado por 25 Anos Garantia Linear
Garantia do produto: 10 anos. Garantia de desempenho linear: 25 anos.
CERTIFICAÇÃO 100%
• Certificado TÜV • Certificado MCS • IEC 61215(ed.2)
97% 95%
90%
• IEC 61730-1(ed.1) & IEC 61730-2(ed.1) • Corrosão salina (IEC 61701e Amónia (IEC 62716)
85%
Valor acrescentado da MPrime 80%
75% 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 1 2
13 1 4
Garantia linear de desempenho MPrime Garantia standard de desempenho
WWW.MPRIMESOLAR.COM
15 1 6
17
18 1 9 20 20
21 2 2
23
24 2 5
131
Equipamentos - Sistema Fotovoltaico Fotovoltaico
ESPECIFICAÇÕESS ELÉTRICAS ESPECIFICAÇÕE Potência Nominal (Wp)
250
PNOM
255
Tolerância Potência Potência Positiva
260
265
0~+5W
Corrente em MPP (A)
IMPP
8,32
8,43
8,52
8,59
VMPP /U /UMPP
30,0
30,2
30,5
30,8
VOC /UOC
37,3
37,6
37,8
38,1
ISC
8,91
8,99
9,06
9,16
Eficiência do Módulo
η (%)
15,4
15,7
16,0
16,3
Tensão Máxima Máxima do Sistema (V)
VSYST
Tensão MPP MPP (V) Tensão de Circuito Aberto Aberto (V) Corrente de Circuito Aberto (A)
Valor Máximo de Fusível de String (A) Temperatura do módulo permitida Temperatura em serviço contínuo NOCT (ºC)
IEC:1000 / UL:1000 15
I
-40ºC até +85ºC 46±2
Coeficientes de Temperatura: Potência
γ(PNOM)
-0,43%/ºC
Tensão
β(Voc)
-0,33% /ºC
Corrente
α(Isc)
+0,06%/ºC
* Valores em Condições de Teste Padrão STC: massa de ar AM 1,5G, irradiância 1000 W/m 2 e temperatura da célula (25º±2)ºC.
ESPECIFICAÇÕES ME MECÂNICAS Dime Di mens nsõe õess
60
18,5 kg / 40,7 lb
8 furos de drenagem
Policristalinas de 6 polegadas (156 x 156 m m)
Moldura
60 células (6 x 10) Transparente e temperado com 3,2 mm de espessura (0,13”) Liga de alumínio anodizado
Células
3 díodos
Conexão Células Vidro
Cabo 900mm
secção A-A
8 furos de montagem
6 furos de ligação terra ø5
IP-65 ou IP-67
Caixa de Junção Cabo
Todos os valores estão em mm
1640 16 40 x 992 992 x 40 40 mm mm / 64, 64,57 57”” x 39, 39,06 06”” x 1,5 1,57” 7”
Peso Células Solares
DIMENSÕES
560 8 8 5 1 3 85 85
Comprimento 900mm* diâmetro 4 mm² cada
Conectores
Compatível com MC4
* Cabo de 1200mm: tempo de entrega pendente de confirmação.
EMBALAGEM Módulos por palete Paletes por contentor Módulos por contentor
26 módulos 28 paletes 728 módulos
CURVAS I-V Curva I-V em Diferentes Níveis de Irradiância
ATENÇÃO: Leia as instruções de segurança e de instalação antes de utilizar o produto. (disponiveis em WWW.MPRIMESOLAR.COM). NOTA: As especificações incluídas neste documento estão sujeitas a alterações sem aviso prévio por parte da empresa. Em caso de conflitos/problemas que possam surgir devido a erros de interpretação, as condições que prevalecem são as descritas na versão original (inglês).
PT065-TCD-GSGEN4B/01/12.15(EN)
MPRIME SOLAR SOLUTIONS, S.A. ZONA INDUSTRIAL, APARTADO 17 / 3684-001 OLIVEIRA DE FRADES, PORTUGAL WWW.MPRIMESOLAR.COM FAX. +352 232 767 750
[email protected]
TEL. +351 232 811 381
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Equipamentos - Sistema Fotovoltaico Fotovoltaico
SUNNY TRIPOWER 15000TL / 20000TL / 25000TL 0 3 L T 0 0 0 5 2 P T S / 0 3 L T 0 0 0 0 2 P T S / 0 3 L T 0 0 0 5 1 P T S
Rentável
Seguro
Flexível
Inovador
• Rendimento máximo de 98,4%
• Descarregador de sobretensões CC integrável integrável (SPD tipo II)
• Tensão de entrada CC até 1000 V
• Funções de gestão da rede orientadas para o futuro graças ao Integrated Plant Control • Disponibilização de potência reactiva a qualquer hora (Q on Demand 24/7)
• Dimensionamento preciso do sistema graças ao conceito multistring • Visor opcional
SUNNY TRIPOWER 15000TL / 20000TL / 25000TL O especialista flexível para grandes sistemas comerciais e centrais fotovoltaicas O Sunny Tripower é o inversor ideal para grandes sistemas fotovoltaicos na área comercial e industrial. A sua eficiência de 98,4% permite-lhe não só assegurar rendimentos extraordinariamente elevados, como também oferecer uma elevada flexibilidade de dimensionamento e compatibilidade com muitos módulos fotovoltaicos disponíveis, graças ao seu conceito multistring aliado a um intervalo de tensão de entrada alargado. A orientação para o futuro traduz-se na integração de novas funções de gestão da rede como, p. ex., o Integrated Plant Control, que permite ao inversor executar sozinho uma regulação da potência reactiva no ponto de ligação à rede. Com isto, deixam de ser necessárias unidades de regulação superiores, reduzindo os custos do sistema. Outra novidade é a disponibilização de potência reactiva a qualquer hora (Q on Demand 24/7).
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Equipamentos - Sistema Fotovoltaico Fotovoltaico
SUNNY TRIPOWER 15000TL / 20000TL / 25000TL
Dados técnicos Entrada (CC) Potência CC máx. (a cos φ = 1) / potência atribuída CC Tensão máx. de entrada Intervalo de tensão MPP / tensão atribuída de entrada Tensão mín. de entrada / tensão de entrada inicial Corrente máx. de entrada Entrada A / Entrada B Número de entradas MPP independentes / strings por entrada MPP Saída (CA) Potência atribuída (a 230 V, 50 Hz) Potência aparente CA máx. Tensão nominal CA
Intervalo de tensão CA Frequência de rede CA / intervalo Frequência de rede atribuída / tensão de rede atribuída Corrente máx. de saída / corrente atribuída de saída Factor de potência na potência atribuída / Factor de desfasamento ajustável THD Fases de injecção / fases de li gação Rendimento Rendimento máx. / europeu Dispositivos de protecção Ponto de seccionamento no lado de entrada Monitorização da ligação à terra / monitorização da rede Descarregador de sobretensões CC: SPD tipo II Protecção contra inversão de polaridade CC / Resistência a curtos-circuitos CA / Galvanicamente separado
Unidade de monitorização de corrente residual sensível a todas as correntes Classe de protecção (conforme a IEC 62109-1) / categoria de sobretensão (conforme a IEC 62109- 1)
Dados gerais Dimensões (L / A / P) Peso Gama de temperatura de serviço Emissões sonoras, típicas Autoconsumo (noite) Topologia / princípio de refrigeração Grau de protecção (conforme a IEC 60529) Classe de condições ambientais (conforme a IEC 60721-3-4) Valor máximo admissível da humidade relativa (sem condensação) Equipamento / função / acessórios Ligação CC / ligação CA Visor Interface: RS485, Speedwire/Webconnect Interface de dados: SMA Modbus / SunSpec Modbus Relé multifunções / Power Control Module OptiTrack Global Peak / Integrated Plant Control / Q on Demand 24/7 Capacidade off-grid / Compatível com SMA Fuel Save Controller Garantia: 5 / 10 / 15 / 20 anos Homologações e certicados previstos * Não se aplica a todos os anexos nacionais da EN 50438
Designação do modelo
Sunny Tripower 15000TL 15330 W / 15330 W 1000 V 240 V a 800 V / 600 V
150 V / 188 V 33 A / 33 A 2 / A:3; B:3 15000 W 15000 VA 3 / N / PE; 220 V / 380 V 3 / N / PE; 230 V / 400 V 3 / N / PE; 240 V / 415 V 180 V a 280 V 50 Hz / 44 Hz a 55 Hz 60 Hz / 54 Hz a 65 Hz 50 Hz / 230 V 29 A / 21,7 A 1 / 0 sobreexcitado a 0 subexcitado ≤ 3% 3/3 98,4% / 98,0% ● ●/● ○ ●/●/— ● I / AC: III; DC: II 661 / 682 / 264 mm (26,0 / 26,9 / 10,4 inch) 61 kg (134,48 lb) −25 °C a +60 °C (−13 °F a +140 °F) 51 dB(A) 1W Sem transformador / OptiCool IP65 4K4H 100% SUNCLIX / terminal de mola ○ ○/● ●/● ○/○ ●/●/● ●/● ●/○/○/○ ANRE 30, AS 4777, BDEW 2008, C10/11:2012, CE, CEI 0-16, CEI 0-21, EN 50438:2013*, G59/3, IEC 60068-2-x, IEC 61727, IEC 62109-1/2, IEC 62116, NBR 16149, NEN EN 50438, NRS 097-2-1, PPC, RD 1699/413, RD 661/2007, Res. n°7:2013, SI4777, TOR D4, TR 3.2.2, UTE C15-712-1, VDE 0126-1-1, VDE-AR-N 4105, VFR 2014
STP 15000TL-30
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Curva de rendimento
Acessórios Interface RS485 DM-485CB-10
Power Control Module PWCMOD-10
Descarregador de sobretensões CC tipo II, entrada A e B DCSPD KIT3-10 Relé multifunções MFR01-10
● Equipamento pamento de série ○ Opcional Opcional — Não Não disponível disponível Dados em condições nominais Versão: Maio de 2016
Dados técnicos Entrada (CC) Potência CC máx. (a cos φ = 1) / potência atribuída CC Tensão máx. de entrada Intervalo de tensão MPP / tensão atribuída de entrada Tensão mín. de entrada / tensão de entrada inicial Corrente máx. de entrada Entrada A / Entrada B Número de entradas MPP independentes / strings por entrada MPP Saída (CA) Potência atribuída (a 230 V, 50 Hz) Potência aparente CA máx. Tensão nominal CA
Intervalo de tensão CA Frequência de rede CA / intervalo Frequência de rede atribuída / tensão de rede atribuída Corrente máx. de saída / corrente atribuída de saída Factor de potência na potência atribuída / Factor de desfasamento ajustável THD Fases de injecção / fases de ligação Rendimento Rendimento máx. / europeu Dispositivos de protecção Ponto de seccionamento no lado de entrada Monitorização da ligação à terra / monitorização da rede Descarregador de sobretensões CC: SPD tipo II
Sunny Tripower 20000TL
Sunny Tripower 25000TL
20440 W / 20440 W 1000 V 320 V a 800 V / 600 V 150 V / 188 V 33 A / 33 A 2 / A:3; B:3
25550 W / 25550 W 1000 V 390 V a 800 V / 600 V 150 V / 188 V 33 A / 33 A 2 / A:3; B:3
20000 W 20000 VA
25000 W 25000 VA
3 / N / PE; 220 V / 380 V 3 / N / PE; 230 V / 400 V 3 / N / PE; 240 V / 415 V 180 V a 280 V 50 Hz / 44 Hz a 55 Hz 60 Hz / 54 Hz a 65 Hz 50 Hz / 230 V 29 A / 29 A 36,2 A / 36,2 A 1 / 0 sobreexcitado a 0 subexcitado ≤ 3% 3/3 98,4% / 98,0% ● ●/● ○ ●/●/— ● I / AC: III; DC: II
Protecção contra inversão de polaridade CC / Resistência a curtos-circuitos CA / Galvanicamente separado
Unidade de monitorização de corrente residual sensível a todas as correntes Classe de protecção (conforme a IEC 62109-1) / categoria de sobretensão (conforme a IEC 62109- 1)
Dados gerais Dimensões (L / A / P) Peso Gama de temperatura de serviço Emissões sonoras, típicas Autoconsumo (noite) Topologia / princípio de refrigeração Grau de protecção (conforme a IEC 60529) Classe de condições ambientais (conforme a IEC 60721-3-4) Valor máximo admissível da humidade relativa (sem condensação) Equipamento / função / acessórios Ligação CC / ligação CA Visor Interface: RS485, Speedwire/Webconnect Interface de dados: SMA Modbus / SunSpec Modbus Relé multifunções / Power Control Module OptiTrack Global Peak / Integrated Plant Control / Q on Demand 24/7 Capacidade off-grid / Compatível com SMA Fuel Save Controller Garantia: 5 / 10 / 15 / 20 anos Homologações e certicados (mais a pedido) * Não se aplica a todos os anexos nacionais da EN 50438
Designação do modelo
98,3% / 98,1%
661 / 682 / 264 mm (26,0 / 26,9 / 10,4 in) 61 kg (134,48 lb) −25°C a +60°C (−13°F a +140°F)
51 dB(A) 1W Sem transformador / OptiCool IP65 4K4H 100% SUNCLIX / terminal de mola ○ ○/● ●/● ○/○ ●/●/● ●/● ●/○/○/○ ANRE 30, AS 4777, BDEW 2008, C10/11:2012, CE, CEI 0-16, CEI 0-21, EN 50438:2013*, G59/3, IEC 60068-2-x, IEC 61727, IEC 62109-1/2, IEC 62116, MEA 2013, NBR 16149, NEN EN 50438, NRS 097-2-1, PEA 2013, PPC, RD 1699/413, RD 661/2007, Res. n°7:2013, SI4777, TOR D4, TR 3.2.2, UTE C15-712-1, VDE 0126-1-1, VDE-AR-N 4105, VFR 2014
STP 20000TL-30
STP 25000TL-30
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www.SunnyPortal.com Apresentar, gerir e monitorizar sistemas fotovoltaicos de modo profissional
m o c . r a l o S A M S . w w w e t l u s n o c , s e t n e c e r s i a m s e õ ç a m r o f n i s a r e t b o
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Figura D.1: Preço Cabos- Via Catálogo Cabelte
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Figura D.2: Características Fusível LF315PV- Hager
Figura D.3: Componentes PV: Características Corta-Circuitos p.Fusíveis L501PV - Hager
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Figura D.4: Componentes PV: Características Vector estanque 36M VE312SN- Hager
Figura D.5: Componentes PV: Características Vector estanque 8/10M VE110SN- Hager
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Figura D.6: Componentes PV: Características Interruptor SB432PV- Hager
Figura D.7: Componentes PV: Características Interruptor Diferencial CDC463A- Hager
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Figura D.8: Componentes PV: Características Interruptor HA451- Hager
Figura D.9: Componentes PV: Características Disjuntor HMX450 - Hager
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Figura D.10: Componentes PV: Características Caixa.QE FL73SP- Hager
Figura D.11: Componentes PV: Montantes UN03A - Hager
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Figura D.12: Componentes PV: Características Montantes UN07A - Hager
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REFERÊNCIAS
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