Os assuntos relacionados com as instalações eléctricas, a domótica, os sistemas de segurança, as telecomunicações e a eficiência energética,

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1 EUTRO À TERRA Revista Técnico-Científica Nº3 Abril Os assuntos relacionados com as instalações eléctricas, a domótica, os sistemas de segurança, as telecomunicações e a eficiência energética, particularmente na utilização da força motriz, merecem particular destaque nesta edição Doutor Beleza Carvalho Eficiência Energética Pág. 6 Sistemas Segurança Pág. 12 Telecomunicações Domótica Pág. 18 Pág. 23 Máquinas Eléctricas Pág. 27 Instalações Eléctricas Pág. 37 Instituto Superior de Engenharia do Porto Engenharia Electrotécnica Área de Máquinas e Instalações Eléctricas

2 EDITORIAL Doutor José António Beleza Carvalho Instituto Superior de Engenharia do Porto ARTIGOS TÉCNICOS EUT TRO À TERR RA 06 Desempenho Energético dos Edifícios e a sua Regulamentação Engº Roque Filipe Mesquita Brandão Instituto Superior de Engenharia do Porto 12 Segurança em Edifícios Sistemas de Circuito Fechado de Televisão Engº António Augusto Araújo Gomes Instituto Superior de Engenharia do Porto 18 Redes FiberToTheHome FTTH O Despertar de Novos Serviços de Telecomunicações Engº Sérgio Filipe Carvalho Ramos Instituto Superior de Engenharia do Porto 23 Gestão Técnica de Edifícios com KNX Engº Domingos Salvador Gonçalves dos Santos Instituto Superior de Engenharia do Porto 27 Eficiência Energética em Equipamentos de Força Motriz Doutor José António Beleza Carvalho Engº Roque Filipe Mesquita Brandão Instituto Superior de Engenharia do Porto 37 Projecto de Instalações Eléctricas Secção Técnica Vs Secção Económica de Canalizações Eléctricas Engº Henrique Jorge de Jesus Ribeiro da Silva Engº António Augusto Araújo Gomes Instituto Superior de Engenharia do Porto EVENTOS 43 Workshop Discussão do Manual ITED-NG e da 1.ª edição do Manual ITUR FICHA TÉCNICA DIRECTOR: PRODUÇÃO GRÁFICA: PROPRIEDADE: CONTACTOS: Doutor José António Beleza Carvalho António Augusto Araújo Gomes Área de Máquinas e Instalações Eléctricas Departamento de Engenharia Electrotécnica Instituto Superior de Engenharia do Porto jbc@isep.ipp.pt ; aag@isep.ipp.pt

3 EDITORIAL Caros leitores A publicação Neutro à Terra volta novamente à vossa presença, com novos e interessantes artigos na área da Engenharia Electrotécnica em que nos propomos intervir. Os assuntos relacionados com as instalações eléctricas, a domótica, os sistemas de segurança, as telecomunicações e a eficiência energética, particularmente na utilização da força motriz, merecem particular destaque nesta edição. O desempenho energético dos edifícios é hoje uma questão incontornável que, de uma forma directa ou indirecta, a todos nos afecta actualmente. Nesta edição, apresenta-se um artigo que faz o estado da arte relativamente à legislação Europeia e Portuguesa aplicável à certificação energética de edifícios, fazendo-se uma análise sintética ao Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização de Edifícios (RSECE) e ao Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios(RCCTE). Outro assunto de grande interesse apresentado nesta publicação, tem a ver com necessidade de garantir a segurança das pessoas e dos bens. Este assunto é actualmente de grande importância, sendo objecto de legislação recentemente publicada, que o tornam obrigatoriamente considerado no âmbito da concepção e projecto das instalações eléctricas. No artigo apresentado faz-se um enquadramento geral sobre os sistemas de circuito fechado de televisão (CCTV), abordando-se as estruturas mais comuns destes sistemas e referindo-se os principais aspectos tecnológicos inerentes a estes sistemas. No âmbito das telecomunicações, apresenta-se um artigo relacionado com o fornecimento de novos serviços nesta área da engenharia. A tecnologia das fibras ópticas tem-se imposto de uma forma cada vez mais consistente, verificando-se que paulatinamente os operadores têm substituído os cabos de par de cobre e coaxiais pela fibra óptica. No artigo que é apresentado analisa-se as novas infra-estruturas de telecomunicações em fibra óptica, na maior parte das vezes disponibilizada por iniciativa particular dos operadores privados, de forma a oferecer serviços e soluções a velocidades de transmissão cada vez maiores. Nesta terceira publicação, pode-se ainda encontrar artigos relacionados com outros assuntos reconhecidamente importantes e actuais, como o dimensionamento e utilização eficiente de equipamentos de força motriz, o dimensionamento da secção técnica versus secção económica em redes de distribuição de energia eléctrica, e a domótica, com uma abordagem detalhada à gestão técnica de edifícios baseado no sistema KNX. Estando certo que esta terceira publicação da Neutro à Terra vai novamente satisfazer as expectativas dos nossos leitores, apresento os meus cordiais cumprimentos. Porto, Abril de 2009 José António Beleza Carvalho 3

4 EM DESTAQUE Engº António Augusto Araújo Gomes Instituto Superior de Engenharia do Porto Segurança Contra Incêndio em Edifícios Novo Enquadramento Regulamentar A regulamentação de segurança contra incêndio em edifícios foi recentemente objecto de revisão, através da publicação em Diário da República de um conjunto de diplomas legislativos, que vieram revogar o anterior enquadramento de segurança contra incêndio em edifícios, constituído por todo um conjunto de Regulamentos de Segurança Contra Incêndio, Normas de Segurança Contra Incêndio e Medidas de Segurança Contra Incêndio, que embora volumoso, mesmo assim era incompleto, no espaço e no tempo, repetitivo, de manuseamento complicado e, por vezes, de interpretação problemática. Justifica-se assim a pertinência desta revisão, que consolida toda a legislação de segurança contra incêndio em edifícios num único regulamento, e define o novo regime de credenciação de entidades envolvidas ao nível de projecto, execução e exploração dos edifícios. - Decreto-Lei n.º 220/2008, de 12 de Novembro Estabelece o regime jurídico da segurança contra incêndios em edifícios. - Portaria n.º 1532/2008, de 29 de Dezembro Aprova e publica o Regulamento Técnico de Segurança contra Incêndio em Edifícios (SCIE), dando cumprimento ao disposto no artigo 15.º do Decreto -Lei n.º 220/2008, de 12 de Novembro, que aprovou o regime jurídico de segurança contra incêndio em edifícios, que determinava que seriam regulamentadas por portaria do membro do Governo responsável pela área da protecção civil as disposições técnicas gerais e específicas de SCIE referentes às condições exteriores comuns, às condições de comportamento ao fogo, isolamento e protecção, às condições de evacuação, às condições das instalações técnicas, às condições dos equipamentos e sistemas de segurança e às condições de autoprotecção. - Portaria n.º 64/2009, de 22 de Janeiro Estabelece o regime de credenciação de entidades para a emissão de pareceres, realização de vistorias e de inspecções das condições de segurança contra incêndio em edifícios (SCIE), motivado pelo novo enquadramento definido pelo Decreto-Lei n.º75/2007,de29demarço. 4

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6 Engº Roque Filipe Mesquita Brandão Instituto Superior de Engenharia do Porto Desempenho Energético dos Edifícios e a sua Regulamentação 1. Directiva 2002/91/CE Em 16 de Dezembro de 2002 foi aprovada pelo Parlamento Europeu e pelo Conselho da União Europeia a Directiva 2002/91/CE, relativa ao desempenho energético dos edifícios. Na base desta directiva estiveram uma serie de considerações que enfatizam a necessidade de se estabelecer medidas que visem melhorar o desempenho energético dos edifícios. Numa das considerações está escrito O sector residencial e terciário, a maior parte do qual constituído por edifícios, absorve mais de 40% do consumo final de energia da Comunidade e encontra-se em expansão, tendência que deveráviraacentuarorespectivoconsumodeenergiae,por conseguinte, as correspondentes emissões de dióxido de carbono.. Analisando este ponto, percebe-se que era urgente promover a melhoria do desempenho energético dos edifícios, tendo em conta as condições climáticas externas e as condições locais, bem como as exigências em matéria de clima interior e a rentabilidade económica. Contudo o estabelecimento das medidas nunca poderá ir contra outros requisitos considerados essenciais relativos aos edifícios, tais como a acessibilidade, as regras de boa arte e a utilização prevista do edifício. De uma forma muito resumida, a Directiva 2002/91/CE faz um enquadramento da metodologia de cálculo, a aplicar pelos Estados Membros, do desempenho energético integrado dos edifícios. No Anexo que acompanha a referida Directiva, são descritos os pontos que a metodologia de cálculo deve conter na análise do cálculo da eficiência, que deve ser expresso de modo transparente, podendo incluir umindicadordeemissãodeco 2. A Directiva impõe que os Estados-Membros deverão estabelecer requisitos mínimos para o desempenho energético dos edifícios novos e dos grandes edifícios existentes que sejam sujeitos a importantes obras de remodelação. Foi ainda previsto que no estabelecimento dos requisitos se possa fazer uma distinção entre, edifícios novos e existentes e entre diferentes categorias de edifícios. 6

7 Os requisitos devem ser sujeitos a revisão e actualização regulares. Para os novos edifícios com área superior a 1000 m2, devem ser estudadas formas alternativas de fornecimento de energia eléctrica, baseadas em energias renováveis ou co-geração e privilegiado o uso de sistemas urbanos ou colectivos de aquecimento ou arrefecimento. Estes estudos, que contemplarão aspectos de viabilidade técnica, económica e ambiental, deverão ser tomados em consideração antes de se iniciar a construção. Quanto aos edifícios existentes e com área superior a 1000 m2, sempre que sofram obras de renovação importantes deve ser melhorado o seu desempenho energético, desde que possível do ponto de vista técnico, económico e funcional. Um dos objectivos que também faz parte da Directiva é o da criação de um certificado energético do edifício, necessário aquando da construção, venda ou arrendamento e fornecido ao proprietário ou por este ao potencial comprador ou arrendatário. Com este certificado deve ser possível aos consumidores comparar e avaliar o desempenho energético do edifício. Deve ser parte integrante do certificado um conjunto de recomendações que visem a melhoria da eficiência energética bem como o estudo de viabilidade económica da sua aplicação. Estes certificados deverão ter umprazodevalidadenuncasuperiora10anos. Por último esta Directiva impôs a necessidade de inspecção regular de caldeiras e instalações de ar condicionado nos edifícios e, complementarmente, avaliação da instalação de aquecimento quando as caldeiras tenham mais de 15 anos. Todas as caldeiras com potência nominal útil, isto é, com potência calorífica máxima fixada e garantida pelo construtor, de 20 a 100 kw e alimentadas por combustíveis não renováveis, devem ser sujeitas a inspecção periódica. Paracaldeirascompotêncianominalútilsuperiora100kWa inspecção deve ser feita de 2 em 2 anos, podendo o prazo ser aumentado para 4anos se o combustível usado for o gás natural. Todas as caldeiras com mais de 15 anos e com potência nominal útil superior a 20 kw devem ser alvo de inspecção que deverá analisar o rendimento da caldeira e a adequação da sua capacidade em função dos requisitos de aquecimento pretendidos. Os peritos devem fornecer aos utilizadores recomendações sobre a substituição das caldeiras por outras mais eficientes ou a adopção de outras soluções alternativas. Para os sistemas de ar condicionado com potência nominal útil superior a 12 kw deve ser feita uma avaliação do desempenho do sistema e a adequação da sua potência em função dos requisitos de climatização do edifício. Os peritos deverão também fornecer aos utilizadores recomendações sobre possíveis melhorias ou a substituição do sistema de ar condicionado, ou soluções alternativas. Com estas medidas pretende-se uma redução do consumo de energia e a limitação das emissões de dióxido de carbono pelos Estados- Membros. ADirectivaimpôsadatade4deJaneirode2006paraqueos Estados-Membros colocassem em vigor as disposições legais, regulamentares e administrativas necessárias para dar cumprimento à referida Directiva, devendo dar conhecimento à Comissão desse facto. O prazo poderia ser alargado por mais 3 anos se os Estados-Membros não dispusessem de peritos qualificados em número suficiente. Por forma a cumprir o imposto pela Directiva 2002/91/CE e também como forma de adequação da anterior regulamentação, Portugal aprovou no conselho de ministros de 26 de Janeiro de 2006 a nova regulamentação para o Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior nos Edifícios (SCE), o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) e o Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios (RSECE). Em 4 de Abril de 2006 foram publicados em Diário da República os respectivos Decreto-Lei. 7

8 2. Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior os Edifícios(SCE) Através do decreto-lei nº 78/2006 de 4 de Abril, Portugal transpôs parcialmente para ordem jurídica nacional a Directiva nº 2002/91/CE, cumprindo assim os prazos impostos pela mesma. Com este decreto-lei, o Estado assegura a melhoria do desempenho energético e da qualidade do ar interior através do Sistema Nacional de Certificação Energética e da Qualidade do Ar interior nos edifícios(sce). O SCE tem 3 finalidades principais sendo que a primeira delas é a de assegurar a correcta aplicação das disposições contidas no Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE) e no Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios (RSECE). A segunda finalidade é o de certificar o desempenho energético e a qualidade do ar interior nos edifícios. Por último fazer a identificação de medidas correctivas ou de melhoria de desempenho energético nos edifícios. Portugal com esta legislação impôs a aplicação do SCE aos edifícios novos e aos existentes quando sujeitos a renovação, estando ou não sujeitos a licenciamento. Aos edifícios de serviços existentes, sujeitos periodicamente a auditorias e aos edifícios existentes para habitação ou serviços, sempre que sejam celebrados contratos de venda e de locação. Nesses casos o proprietário terá que apresentar ao potencial comprador ou locatário ou arrendatário, o certificado emitido no âmbito do SCE. O certificado energético atribui uma etiqueta que traduz o desempenho energético do edifício. Essa etiqueta está organizada poruma escala de eficiência que varia entre A+e G,daformailustradanatabela1. A supervisão do SCE é compartilhada entre a Direcção-Geral degeologiaeenergiaeoinstitutodoambiente.agestãodo SCE foi atribuída à Agência para a Energia (ADENE), que tem como objectivos o de assegurar o funcionamento do sistema, aprovar o modelo de certificados de desempenho energético, criar uma bolsa de peritos qualificados do SCE e disponibilizar, online, o acesso a toda a informação relativa aos processos de certificação aos peritos. No DL 78/2006 estão ainda definidos os requisitos necessários para o exercício da função de perito qualificado, as competências dos mesmos, as obrigações dos promotores ou proprietários dos edifícios ou equipamentos e o prazo de validade dos certificados que foi fixado em 10 anos. O mesmo DL define ainda as taxas a pagar pelo registo dos certificados na ADENE, contra-ordenações, coimas e sanções acessórias a pagar sempre que haja incumprimentos dos regulamentos. As sanções acessórias podem passar pela suspensão de licença ou de autorização de utilização; encerramento do edifício ou a suspensão do exercício da actividade de perito qualificado. Quanto ao produto das coimas é repartido entre os cofres do Estado (60%) e a entidade que instruiu o processo de contra-ordenação e aplicou a coima. Classe Energética A+ Consumo Menos que 25% do consumo de referência A Entre 25% e 50% B Entre 50% e 75% B- Entre 75% e 100% C Entre 100% e 150% D Entre 150% e 200% E Entre 200% e 250% F Entre 250% e 300% G Superior a 300% do consumo de referência Tabela 1 Etiqueta de eficiência energética 8

9 3. Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios(RSECE) Em Portugal já existia um regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios desde 1992, aprovado pelo decreto-lei nº 156/92, de 29 de Julho e que nunca chegou a ser aplicado. Define ainda as condições de manutenção dos sistemas de climatização, as condições de monitorização e de auditoria de funcionamento dos edifícios em termos dos consumos de energia e da qualidade do ar interior e especifica os requisitos a que devem obedecer os técnicos responsáveis pelo projecto, instalação e manutenção dos sistemas de climatização. Seis anos volvidos, foi aprovado o decreto-lei nº 118/98, de 7 de Maio que veio substituir o decreto-lei anterior e que se manteve em vigor até 2006, ano em que Portugal reviu o RSECE tendo como objectivo, também, ir ao encontro das exigências da Directiva nº 2002/91/CE, que como já se referiu impunha aos Estados-Membros a revisão periódica dos regulamentos. A revisão do anterior RSECE impunha a definição de condições de conforto térmico e de higiene nos diferentes espaços dos edifícios, melhorar a eficiência energética global dos edifícios, impor regras de eficiência aos sistemas de climatização e monitorizar periodicamente as práticas de manutenção dos sistemas de climatização. Neste sentido é aprovado o Regulamento dos Sistemas Energéticos e de Climatização dos Edifícios (RSECE) que é publicado como anexo ao decreto-lei 79/2006, de 4 de Abril. Este novo regulamento estabelece as condições a observar aquando do projecto de novos sistemas de climatização, definindo os requisitos em termos de conforto térmico e de qualidade do ar interior, bem como os requisitos mínimos de renovação e tratamento de ar que devem ser assegurados em condições de eficiência energética; Os requisitos em termos da concepção, instalação e do estabelecimento das condições de manutenção a que devem obedecer os sistemas de climatização; A observância dos princípios da utilização racional da energia como forma de sustentabilidade ambiental. No novo RSECE são ainda definidos os limites máximos de consumo de energia nos grandes edifícios de serviços existentes; No cálculo dos consumos de energia para todo o edifício deve ser dada especial atenção à climatização. O novo RSECE impõe uma limitação efectiva dos consumos energéticos globais do edifício, entrando em consideração com os consumos da climatização, iluminação, entre outros, quer para os edifícios novos quer para os existentes. Para os edifícios novos o projectista é ainda obrigado a detalhar os métodos de previsão dos consumos energéticos, na fase de projecto. Após a verificação da conformidade regulamentar na fase de projecto e no final da obra, são passadas as licenças de construção ou de utilização. Para os edifícios existentes a verificação dos consumos será feito através de auditorias energéticas periódicas. Sempre que sejam verificadas inconformidades regulamentares, deverão ser propostas e implementadas medidas correctivas, desde que seja garantida a viabilidade económica das mesmas. Neste regulamento são ainda definidos os requisitos para a manutenção da qualidade do ar interior, nesse sentido os novos edifícios a construir e que se encontrem abrangidos pelo RSECE, devem ser dotados de meios naturais, mecânicos ou híbridos que garantam as taxas de renovação de ar de referência fixadas. Aos edifícios de serviços existentes, abrangidos pelo RSECE e que possuam sistemas de climatização devem ser efectuadas auditorias à qualidade do ar interior (QAI). Nestas auditorias devem ser medidos os agentes poluentes no interior dos edifícios. Sempre que nas auditorias sejam detectadas concentrações acima das permitidas, o proprietário, ou locatário ou arrendatário do edifício deve preparar um plano de acções correctivas da QAI, no prazo máximo de 30 dias após a conclusão da auditoria. Este prazo pode ser reduzido se a QAI estiver gravemente comprometida, podendo, em casos extremos, ser decretado o encerramento imediato do edifício. 9

10 Nos edifícios de serviços, ou fracções autónomas, abrangidos pelo RSECE, deve existir um técnico responsável pelo bom funcionamento dos sistemas energéticos de climatização, incluindo a sua manutenção, e pela qualidade do ar interior. O referido técnico é ainda responsável pela gestão da respectiva informação técnica. As qualificações do técnico estão definidas no decreto-lei nº 78/2006 de 4 de Abril. Neste decreto-lei estão também definidas as qualificações dos técnicos de instalação e manutenção de sistemas de climatização e QAI, bem como todas as coimas e sanções aplicadas em caso de incumprimentos regulamentares. 4. Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios(RCCTE) Com o aumento significativo do uso de equipamentos de climatização, em especial dos sistemas de ar condicionado, mesmo no sector residencial e também devido às imposições decorrentes da Directiva 2002/91/CE, é aprovado em Portugal o Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), que é publicadoemanexoaodecreto-leinº80/2006,de4deabril. O RCCTE estabelece as regras a observar no projecto de todos os edifícios de habitação e dos edifícios de serviços sem sistemas de climatização centralizados de modo a que, sem dispêndio excessivo de energia, sejam garantidas as exigências de conforto térmico e de ventilação necessárias para a qualidade do ar interior, bem como as necessidades de águas quentes sanitárias. O primeiro instrumento legal que em Portugal impôs requisitos ao projecto de novos edifícios e de grandes remodelações, com o objectivo de salvaguardar a satisfação das condições de conforto térmico sem necessidade de recorrer ao uso excessivo de energia, foi aprovado pelo decreto-lei nº 40/90 de 6 de Fevereiro. Para a garantia deste último aspecto, o novo RCCTE impõe a obrigatoriedade do recurso a sistemas solares para aquecimento de água em edifícios que tenham cobertura com exposição solar adequada. Podem ser usados outros sistemas renováveis, alternativos aos colectores solares, desde que sejam mais eficientes. 10

11 Ao nível do projecto devem ainda ser minimizadas as situações patológicas nos elementos de construção provocadas pela ocorrência de condensações superficiais ou internas, que levam a uma diminuição da durabilidade dos elementos construtivos e da qualidade do ar interior. O RCCTE apresenta metodologias de cálculo das necessidades de aquecimento e de arrefecimento de uma fracção autónoma ou de um edifício e o método de cálculo das necessidades de energia para preparação da água quente sanitária. Factores como a zona climática onde se situa oedifício, aaltitude em relaçãoaonível domar,ograu de exposição aos ventos e a adequação das caixilharias a esta exposição, são factores importantes ao método de cálculo do novo RCCTE. A responsabilidade pela demonstração do cumprimento das exigências impostas pelo Regulamento tem de ser assumida por um arquitecto, um engenheiro ou um engenheiro técnico, reconhecidos pelas respectivas Ordens ou Associações, com qualificações para o efeito. 5. Conclusão A reformulação dos Regulamentos descritos impôs mecanismos mais eficientes de comprovação das conformidades regulamentares e aumentou o grau de exigência e responsabilidade de todos os elementos envolvidos, desde projectistas a instaladores e técnicos responsáveis. Estes Regulamentos fazem parte da Estratégia NacionalparaaEnergia,aprovadaem2005equeporsuavez se insere numa estratégia europeia que visa o aumento da eficiênciaenergéticaereduçãodasemissõesdeco 2. Neste artigo foi feito um pequeno resumo dos diversos decretos que regulam este sector, pelo que se recomenda a leitura atenta dos decreto-lei referidos, por todos aqueles que são, ou pretendem vir a ser, intervenientes nesta área. 11

12 Engº António Augusto Araújo Gomes Instituto Superior de Engenharia do Porto Segurança em Edifícios Sistemas de Circuito Fechado de Televisão 1. Enquadramento Para que os ocupantes e operadores possam usufruir na plenitude dos edifícios, estes devem satisfazer requisitos arquitectónicos, funcionais, ecológicos, económicos e de segurança. O fim e a utilização a que se destina cada edifício determinam a selecção, instalação e implementação de diferentes medidas de protecção e segurança, de forma a assegurar e controlar os aspectos de segurança das diversas valências das instalações, equipamentos e ocupantes. Independentemente do risco ou complexidade de cada instalação, deverão ser estudados, desenvolvidos e implementados sistemas de protecção e segurança, capazes de garantir o conforto e a segurança dos ocupantes e a protecção de bens. 2. A Videovigilância como Valência de Segurança em Edifícios É cada vez mais frequente o recurso à videovigilância através de sistemas de circuitos fechados de televisão(closed Circuit Television CCTV), quer como elementos isolados de vigilância, quer como elementos de complemento dos sistemas de segurança, em geral, e, em particular, dos sistemas de detecção automática de intrusão e controlo de acessos. Embora existam dispositivos pertencentes ao CCTV que podem realizar a detecção automática de intrusão, os sistemas de CCTV não são, habitualmente, designados de sistemas de segurança, mas sim, sistemas de vigilância. Não tendo por isso, normalmente, uma missão de vigilância com detecção automática de intrusão, mas sim a vigilância como elemento de suporte ao controlo e à intervenção humana. A segurança contra incêndios, nas áreas de redução e protecção do risco, são a principal vertente da segurança em edifícios. A segurança contra intrusão, controlo de acessos, videovigilância e alarmes técnicos são outras vertentes fundamentais no garante da segurança em edifícios. Além da visualização de imagem, em tempo real, os sistemas de CCTV permitem a gravação e arquivo dessas mesmas imagens, que posteriormente poderão ser consultadas, se tal for necessário. A instalação de sistemas de CCTV é, assim, hoje em dia, um facto generalizado motivado, por um lado, pela necessidade de proceder ao controlo e à protecção de pessoas e bens e, por outro, pelo reduzido custo destes sistemas. Fonte: 12

13 3. Áreas de Intervenção dos Sistemas de Videovigilância - Vigilância de veículos de transporte público (comboios, metro,barcos, ); A utilização dos sistemas de videovigilância através de - Vigilância de zonas públicas em hotéis, casinos; sistemas de Circuito Fechado de Televisão encontra-se, - Vigilância de parques de estacionamento; actualmente, generalizada a todas as áreas de actividade, - Vigilância de zonas pedonais; desde a comercial, industrial, serviços, recintos desportivos, - Análise facial para identificação de pessoas; estabelecimentos de ensino, actividade portuária e - Sondas médicas; aeroportuária, vias de circulação até à área residencial. De entre as inúmeras vantagens da utilização de sistemas de CCTV, podemos destacar - Aumento da segurança física das instalações; - Aumento da segurança e do conforto dos utilizadores das instalações; - Facilidade no controlo dos acessos de pessoas internas e externas às organizações; - Facilidade no controlo de viaturas próprias e externas às organizações; - Supervisão de pontos de venda e atendimento a clientes; - Controlo e gestão eficaz em processos produtivos; - Controlo mais eficaz das instalações; - Possibilidade de acesso remoto via internet, de qualquer pontodomundo,emtemporeal; - Flexibilidade na utilização do sistema. 4. Arquitectura de um Sistema de Videovigilância A arquitectura de um sistema de videovigilância pode ser dividida em quatro grupos principais: - Recolha de imagem Corresponde às unidades que fazem a transformação do sinal óptico (imagem) em sinal eléctrico, sendo constituída pelos elementos de conversão da zona visualizada num sinal de vídeo. É composto essencialmente pelas câmaras, lentes, suportes ecaixas. - Transmissão do sinal Como utilização mais comum dos sistemas de CCTV, podemos destacar a vídeo vigilância e segurança em: - Estabelecimentos comerciais; - Bancos; - Oficinas; - Edifícios públicos; - Portos e aeroportos; - Moradias. Outras aplicações, mais específicas da utilização de sistemas decctvsão: - Monitorização de tráfego em pontes e estradas; - Monitorização de processos industriais; - Vigilância de áreas interditas à presença humana tais como: fornos, zonas tóxicas, submersas, etc. - Vigilância de sítios sem iluminação; Responsável pelo transporte do sinal recolhido pelo grupo anterior, até à zona de processamento, controlo e comando e monitorização da imagem. A transmissão do sinal é realizada, essencialmente, por cabo coaxial, par troçado ou cabo de fibra-óptica. - Processamento do sinal, controlo, comando e gravação da imagem Constituído pelo conjunto de equipamentos responsáveis pelo processamento, controlo e comando e gravação da imagem, proveniente do grupo de recolha. É composto essencialmente selectores, multiplexadores e gravadores. 13

14 - Monitorizarão da Imagem - Tipos de Lentes Constituído pelos equipamentos de recepção do sinal de vídeo, que voltam a fazer a transformação do sinal eléctrico em sinal óptico, observável pelo olho humano e que permite a visualização das imagens. o Focagem variável ou fixa; o Íris manual ou automática o Filtros IR A monitorização da imagem é realizada em monitores dedicados ou em monitores de computadores. Figura 2 Diversos tipos de lentes de um sistema de videovigilância - Tipos de Câmaras Figura 1 Vista Geral de uma Sala de Segurança 5. Tecnologia dos Sistemas de Videovigilância o Fixas o MiniDome o SpeedDome Podendoserapretoebranco,corouday/night. - Tipo de Sistemas o Analógico o Digital Nos sistemas digitais, destacamos o sistema IP (Internet Protocol), que pode-se dizer, veio revolucionar os sistemas de videovigilância, uma vez que permite novas funcionalidades como o acesso ao sistema, através de uma rede interna, ou à distância, via internet. Figura 3 Diversos tipos de câmaras de um sistema de videovigilância Fonte: 14

15 - Suportes e caixas - Gravador Os suportes são os elementos de fixação das câmaras. As caixas são os elementos de protecção e, por vezes, de dissimulação das câmaras. É o elemento responsável pela gravação das imagens, para posterior visualização. o Gravadores Analógicos São a solução tradicional para a gravação do sinal de vídeo. São aparelhos que permitem a gravação do sinal de vídeo em fitas magnéticas, bastante semelhantes aos aparelhos domésticos. Com o surgimento dos sistemas digitais este tipo de solução de gravação da imagem está a cair em desuso. Figura 4 Suportes e caixas - Monitores Figura 6 Gravador analógico Embora ainda se encontrem em utilização monitores do tipo CRT (cathode ray tube), os monitores mais largamente utilizados hoje em dia são do tipo TFT (Thin Film Transmitter). Os monitores podem ser monocromáticos ou policromáticos. o Gravadores digitais Actualmente, com o surgimento do digital e dos sistemas IP, a gravação é realizada em discos duros de sistemas dedicados (gravadores digitais autónomos) ou nos discos dos computadores. Figura 5 Monitores CRT e TFT Figura 7 Gravador digital 15

16 6. Arquitectura Geral dos Sistemas de Videovigilância De seguida apresentam-se alguns exemplos de configurações gerais de sistemas de CCTV, envolvendo as diversas tecnologias anteriormente descritas. - Sistema tradicional Câmaras Quadri Multiplexer Sequenciador Gravador Monitor - Sistema com Gravador Digital Simples Câmaras Sequenciador Gravador Monitor - Sistema com Transmissão por TCP/IP Câmaras Sequenciador Gravador Monitor ADSL ISDN PSTN Ethernet Acesso Remoto 16

17 7. Conclusão Os sistemas de videovigilância são cada vez mais uma importante valência na segurança dos edifícios, de forma a garantir a segurança de pessoas instalações e bens. A instalação de sistemas de Circuito Fechado de Televisão é, hoje em dia, um facto generalizado motivado, por um lado, pela necessidade de proceder à protecção de pessoas e bens e, por outro, pela flexibilidade e baixo preço destes sistemas. Actualmente os sistemas de Circuito Fechado de Televisão estão presentes em todas as áreas de actividade, desde o comércio, industria, até ao sector habitacional. 17

18 Engº Sérgio Filipe Carvalho Ramos Instituto Superior de Engenharia do Porto Redes FiberToTheHome FTTH O Despertar de Novos Serviços de Telecomunicações 1. Enquadramento 2. Novos Serviços de Telecomunicações Se há poucos anos não imaginávamos as nossas vidas sem o conforto proporcionado pela iluminação artificial, fruto do desenvolvimento e proliferação da produção, transporte e distribuição de energia eléctrica, seguramente que nos dias de hoje é indissociável juntar a esse mesmo conforto e estilo de vida a utilização dos meios de telecomunicações actuais. Com efeito, a vulgarização do uso de telemóveis, a recepção e transmissão de dados a velocidades cada vez maiores, o aparecimento de televisão de alta definição (TVAD) em substituição do actual formato PAL, a surgimento de ofertas de novos serviços como o Vídeo on Demand a par da emergente televisão digital terrestre constituem, seguramente, uma nova revolução nas infra-estruturas de telecomunicações domésticas e profissionais. O sector das telecomunicações tem sido aquele que se encontra em pleno crescimento, com os fabricantes e operadores a lançarem novos produtos e soluções de forma continuada, bem como uma atenta e perspicaz reacção por parte dos legisladores. Assiste-se verdadeiramente na indústria das telecomunicações a um movimento relacionado com a convergência para as redes IP ( Internet Protocol,ouProtocolodeInternet). Esta nova oferta de serviços de telecomunicações apenas tem sido possível pelos enormes investimentos realizados pelos operadores, de forma a dar uma resposta cabal às necessidades de operabilidade e de inovação de serviços aos consumidores domésticos e empresariais. Tem-se assistido a uma estratégia comum por parte dos diversos operadores em fornecer aos seus clientes pacotes de serviços de telecomunicações. A oferta desses serviços, denominados por Triple Play, disponibiliza numa única plataforma: telefone, internet de banda larga, vídeo on demand e televisão. Do ponto de vista económico estes serviços disponibilizados pelos operadores poderá ser vantajoso na medida em que os clientes, tendencialmente, pagarão menos pelo conjunto de todos os serviços do que pagaria por eles em separado. Assim, e para que estes serviços possam chegar ao consumidor final, no seu potencial máximo de exploração, é necessário criar e dotar as infra-estruturas de telecomunicações que suportem tais serviços. A crescente inovação tecnológica no sector das telecomunicações origina, forçosamente, mudanças sucessivas ao nível das redes e dos serviços dos operadores, e ainda nas infra-estruturas individuais (dentro das fracções autónomas). De facto, é necessário dotar as fracções de novos meios que possibilitem recepcionar os novos serviços de telecomunicações.apardautilizaçãodecabosemparde cobre de classes cada vez maiores, e da utilização de cabos coaxiais de maiores frequências, a utilização de fibra óptica poderá constituir uma nova realidade para dotar as infraestruturas de telecomunicações interiores. Dada a crescente tendência dos operadores chegarem a casa dos clientes em fibra óptica para disponibilização de serviços Triple Play, a extensão desta tecnologia poderá, pois, entrar pelas nossas casas de forma a dinamizar e proporcionar cada vez mais melhores serviços de telecomunicações. 18

19 3. Fiber To The Home Pelo facto de serem redes passivas apresentam como grande vantagem a redução com os custos de exploração e Fiber To The Home (FTTH) é uma tecnologia de interligação manutenção, quando comparadas com as redes de CATV e de residências através de fibras ópticas para o fornecimento xdsl (tecnologia avançada de transmissão analógica a qual de serviços de comunicação de dados, TV digital, internet e permite transportar informação digital a elevadas telefone, conforme ilustrado na a figura 1. velocidades através de pares de cobre, mediante sistemas de modulação-desmodulação complexos). Paulatinamente, os operadores têm substituído os cabos de par de cobre e coaxiais (no caso de serviços de Community A rede GPON é uma rede óptica ponto-multiponto que Antenna Television CATV) pela fibra óptica, levando-a até compartilha numa única fibra óptica diversos pontos finais às nossas casas. usuários. Uma rede GPON consiste na ligação de As residências são ligadas a um ponto do operador (ponto 3 equipamentos OLT, de um lado, e do outro lado conectados da figura 1), designada por terminal de fibra ou Tap em vários outros equipamentos ONT, conforme a figura 1, e Closure. que poderão estar localizados em condomínios (ONU Optical Network Units ) ou residências(ont). O sinal óptico Os operadores têm apostado na instalação das redes FTTH é, pois, transmitido pelo OLT por uma única fibra e nessa cuja tecnologia mais utilizada é a GPON ( Gigabit Passive mesma fibra são feitas derivações mediante a utilização de Optical Network ). Neste tipo de redes a distribuição de sinal divisores ópticos passivos de forma a possibilitar a sua é feita por equipamentos sem qualquer electrónica, conectorização às ONT's ou ONU s. Cada ONT transmite e passivos, portanto, conforme a figura 1. Usualmente, os recebe um canal óptico independente e disponibiliza para o equipamentos activos encontram-se localizados no edifício cliente final entre 1Mbit/s e 1Gbit/s, para as aplicações de técnicocentral(ponto1dafigura1 CentralOffice OLT voz, dados e vídeo. Optical Line Terminal ). Na fracção respeitante ao cliente encontra-se instalado o ONT Optical Network Terminal. Figura 1 Exemplo de uma rede Online Service Provider (OSP Network) 19

20 Existe, ainda uma outra possibilidade de projecto para FTTH, denominada FTTH em modo dedicado (D-FTTH). Num projecto FTTH em modo dedicado a fibra óptica funciona directamente de centro técnico a um cliente final. A fibra dedicadaforneceamaioriadelarguradebandaumavezque entrega toda a largura de banda de uma única fibra. Contudo, o custo de D-FTTH é ainda considerado por grande parte dos operadores como altamente proibitiva. A figura 2 apresenta uma ilustração esquemática de como a arquitectura de uma FTTH varia relativamente às distâncias de fibra óptica utilizada entre o centro técnico e o cliente final. Fiber to the Home é a tecnologia de banda larga para o mercado de massa do futuro, em termos de telecomunicações. O FTTH disponibiliza o transporte simultâneo de uma série de serviços, tais como internet com acesso cada vez mais rápido, telefone e televisão através de uma única fibra óptica. Com o FTTH, a rede de acesso será baseada na fibra e capaz de promover velocidades de 100Mb/s, 1Gb/s, podendo mesmo chegar-se aos 40Gb/s. Com certeza que tal feito criará uma rede de acesso com inúmeras possibilidades e potencialidades. Esta tecnologia suportará um modelo aberto completo pelo qual o consumidor terá total liberdade de escolha do seu fornecedor de serviço contribuíndo, decisivamente, para a solidificação da livre concorrência neste sector. Em virtude das suas características, as fibras ópticas apresentam vantagens inquestionáveis sobre os demais sistemas, nomeadamente: Apresentação de dimensões reduzidas; Capacidade para transportar grandes quantidades de informação num par de fibra óptica; Atenuação muito baixa, o que promove grandes distâncias entre regeneradores de sinal, com distância entre regeneradores superiores a algumas centenas de quilómetros; Excelente imunidade às interferências electromagnéticas; Matéria-prima abundante; Custo cada vez mais reduzido, Material que não sofrem qualquer inconveniente a descargas eléctricas e/ou atmosféricas. Legenda: FTTN -Fiberto the node / neighborhood FTTC Fiberto the curb FTTB Fiberto the building FTTH Fiberto the home (FTTH) Figura 2 Exemplo de várias arquitecturas FTTH 20

21 No entanto, a utilização e manuseamento de fibra óptica requer técnicas especializas, designadamente no que respeita aos aspectos referentes com a junção, terminação e ensaio, pelo que deverá ser manuseado por técnicos com formação específica nesta área. O custo de converter um sinal óptico em eléctrico ou vice-versa, é ainda mais oneroso do que transmitir esse mesmo sinal, por exemplo, num par de cobre, pese embora seja expectável que este cenário se modifique a curto prazo. Finalmente, não se poderá esquecer o risco de vulnerabilidade associada à utilização da fibra óptica. Com efeito, e dado que as fibras apresentam grandes capacidades de transmissão, poderá haver a tendência para veicular muita informação numa única fibra. O risco de acontecer um desastre e, consequentemente, a perda de grandes quantidades de informação e comunicação poderão ser elevadas. No entanto, e dada as vantagens acrescidas da utilização das fibras ópticas, combinando acções de segurança em caso de catástrofe, são, com toda a certeza uma realidade ao dispor dos serviços de telecomunicações. 4. Fibra Óptica: Suas Potencialidades O aumento da procura por serviços com cada vez maiores larguras de banda impele a que sejam utilizadas infraestruturas adequadas. A fibra óptica surge como resposta aos sistemas de comunicação, pois oferece por fibra uma largura de banda na ordem das centenas de GHz, o que equivale a mais de 6 milhões de canais telefónicos convencionais. Daí as vantagens competitivas que os operadores poderão advir com a utilização das infraestruturas de fibra óptica. O aumento crescente entre os requisitos de aplicações e as capacidades técnicas (por exemplos dos computadores) fomentam a utilização de maiores larguras de banda. A figura 3 mostra o aumento exponencial na procura de maior largura de banda resultante da inovação tecnológica nos produtos e serviços disponibilidades aos clientes finais. Assim, o investimento por parte dos operadores na instalação de redes FTTH, a par com a devida dotação interior dos edifícios, ao nível da recepção e transmissão de sinal, conduzirá a que, ao nível dos serviços de telecomunicações, sejam disponibilizadas larguras de banda cada vez mais elevadas o que contribuirá fortemente para o desenvolvimento da economia, da difusão da informação e, consequentemente, da formação das pessoas do país. Figura 3 Tendência da evolução da procura da Largura de Banda 21

22 5. Considerações Finais A elaboração deste artigo surge no seguimento da terceira edição da Revista Técnica Neutro à Terra, do grupo de As redes de fibra óptica são, há já algum tempo, uma Instalações Eléctricas, do grupo de disciplinas de Sistemas realidade no nosso país. Para isso, a contribuição dos Eléctricos de Energia, do Departamento de Engenharia operadores tem sido decisiva. Uma eventual futura exigência Electrotécnica do Instituto Superior de Engenharia do Porto desta tecnologia, ao nível do projecto e execução de infra- e visou, fundamentalmente, contribuir para uma maior estruturas de telecomunicações, reforçaria ainda mais a familiarização da tecnologia FTTH e para despertar a atenção visão de inovação e aproveitamento tecnológico que estas das enormes potencialidades que estas infra-estruturas auto-estradas das telecomunicações têm para oferecer. podem oferecer, bem como pela mudança significativa que poderá ocorrer nas nossas vidas, tal como a conhecemos pois, o futuro é já amanhã! 22

23 Engº Domingos Salvador Gonçalves dos Santos Instituto Superior de Engenharia do Porto Gestão Técnica de Edifícios com KNX 1. Enquadramento A eficiência energética dos edifícios é cada vez mais uma das prioridades nas agendas dos gestores comercias dos edifícios e proprietários. Em parte deve-se ao processo de certificação energética dos edifícios, que entrou em vigor em 2007, através dos Decretos de Lei 78/2006, 79/2006 e 80/2006. A solução passa agora pela poupança contínua de energia através de uma eficiente Gestão Técnica de Edifícios. 2. Standard KNX O Standard KNX (anteriormente EIB) é um sistema para o controlo e automação de todo tipo de Edifícios, totalmente compatível com a Norma Europeia EN Grande parte dos proprietários de edifícios comerciais, ao nível mundial, rapidamente aceitou esta tecnologia como suporte para alcançar a máxima eficiência energética, uma vez que tem uma série de vantagens em relação a soluções alternativas. Por exemplo, num momento em que é esperado que a Gestão Técnica de Edifícios (BEMS - Building Energy Management Systems) seja cada vez mais a solução adoptada, o KNX tem a capacidade de ser integrado em qualquer tipo de BEMS. Uma vez integrado, outras vantagensdoknxentramemjogonocontrololocalemcada área do edifício. A vantagem do KNX cobrir praticamente todas as áreas funcionais de um edifício, oferece-nos uma abordagem holística da utilização eficiente da energia. O KNX não está limitado à iluminação, aquecimento ou medição, ou qualquer outra função específica. A plataforma KNX tem sido adoptada por muitos e altamente respeitados fabricantes, oferecendo uma vasta escolha de produtos que abrangem todas as áreas funcionais dos edifícios. A escolha um protocolo proprietário de um único fabricante, obriga a uma dependência que poderia ser problemática duranteociclodevidadeumsistema. Com o KNX, se um determinado produto já não está disponível, existe a garantia que haverá uma alternativa de substituição. Como o KNX abrange uma diversidade de aplicações que utilizam o mesmo protocolo de comunicações, a ligação em rede dos dispositivos é muito simples. Um único cabo par entrançado pode, em muitas vezes, ser suficiente para interligar vários dispositivos que operam em conjunto numa única rede. OKNX utiliza como suporte físico ocabo verde J- Y(st)Y2x2x0.8mm2 (i.e. par entrançado TP), podendo contudo usar outros meios, tais como, Rádio (RF), Ethernet, Fibra Óptica ou Linha de Potência. Como exemplo de integração do KNX, já existem vários dispositivos no mercado, designados por gateways, que proporcionam a interligação com outros protocolos de controlo, tais como DALI (Digital Addressable Lighting Intelligence). Estes dispositivos, são utilizados para expandir a capacidade dos sistemas de controlo KNX e fornecer a solução de gestão completa de um edifício. KNX também tem trabalhado com protocolos ao nível da gestão, como o BACnet, para permitir o interfuncionamento entre estas duas normas, sempre que o projecto exige gestão centralizada. Consultores, especialistas e utilizadores finais à procura de soluções abertas para Gestão Técnica de Edifícios, estão cada vez mais a considerar KNX como tecnologia base em detrimento de soluções proprietárias ou de vários controlos baseados em hardware. 23

24 O que também contribui para escolha do KNX, é que um produto que é colocado no mercado, é totalmente testado e certificado por um organismo regulador independente e só depoiséqueoprodutopodeterologótipoknx. A KNX Association é o organismo internacional responsável pela certificação. Este processo, garante total confiança na fiabilidade e interoperabilidade dos produtos KNX, independentemente dos dispositivos e fabricantes. - Inglaterra, Heathrow Airport, Terminal 5 No terminal 5 do aeroporto de Heathrow, o KNX controla a gestão dos sistemas de iluminação, de forma a proporcionar aos passageiros um ambiente bem iluminado nas diversas áreas do terminal, incluindo o terminal ferroviário, o pátio principal do edifício e a ligação dos passageiros (TTS - Tracked Transit System) entre o edifício principal e os edifícios utilizados para o embarque. O novo paradigma da gestão energética, faz com que seja extremamente importante tornar mais eficiente a utilização da energia. Também controla a iluminação dos vários andares do parque de estacionamento, do centro climatização e da torre de controlo de tráfego aéreo. Por exemplo, um sistema de controlo da iluminação pode ser simplesmente configurado para acender as luzes somente quando alguém está presente na sala, mas também pode monitorar níveis luminosidade e regular a iluminação (escurecer ou clarear) em função da luz natural. Este é um exemplo muito simples de eficiência energética. O controlo eficaz da iluminação pode resultar em economias de energia muito significativas. Se o sistema for integrado com o controlo de estores e persianas, climatização e monitorização, poderá proporcionar enormes poupanças. A beleza do KNX é a capacidade de possibilitar a inclusão de mais soluções de poupança de energia, sem condicionar o normal funcionamento do edifício. Mais, sendo o KNX uma tecnologia distribuída, a avaria ou falha de um elemento não compromete o funcionamento dos restantes. 3. Alguns Exemplos de Utilização do KNX Figura 1 - Inglaterra, Heathrow Airport, Terminal 5 Embora não tenha sido desenvolvido para comunicar directamente com o Sistema de Gestão Técnica (SGT), sendo a plataforma KNX é uma tecnologia aberta, foi possível integrarosistemaknxnosgt. Hoje em dia, o KNX é uma tecnologia adoptada em todo mundo, desde da China aos Estados Unidos, bem como da Austrália ao Médio Oriente. Seguidamente apresentam-se alguns exemplos que representam alguns dos projectos mundiais realizados com KNX. Esta solução permite à manutenção acompanhar a evolução dos sistemas de iluminação em todo o terminal e rapidamente identificar eventuais falhas através do Sistema Central de Gestão Técnica, incluindo a sua localização precisa. Desta forma, garante-se que todas as áreas do terminal estão constantemente bem iluminada, facilitando ainda a sua manutenção. 24

25 O sistema de iluminação reage de acordo com as condições climáticas, regulando automaticamente a iluminação artificial em função da iluminação natural exterior. Ao todo, foram instalados mais de 400 actuadores KNX para o controlo da iluminação. Em algumas áreas, existem botões de pressão que fornecem um controlo manual do sistema de iluminação, sobrepondo-se ao sistema automático de controlo. Ao anoitecer e ao amanhecer, quando o aeroporto é menos movimentado, o sistema de iluminação reduzirá automaticamente iluminação níveis. - China, Estádio Olímpico de Pequim - Pequim, Terminal 3 do Aeroporto Mais de dispositivos KNX entraram na construção do Terminal 3 do Aeroporto Internacional de Pequim, para o controlo da iluminação, climatização e transmissão de mensagens de erro. O Terminal 3 do Aeroporto de Pequim, que possui uma área de m² e é o maior edifício num aeroporto no mundo, foi inaugurado em Fevereiro Actualmente, os dois mais importantes aeroportos da China - Xangai e Pequim- estão equipados com a tecnologia KNX. As principais arenas utilizadas nos Jogos Olímpicos de Pequim estão automatizadas com a tecnologia KNX. Figura 3- Terminal 3 do Aeroporto de Pequim - Turquia, Hotel Kempinski, The Dome Figura 2- China, Estádio Olímpico de Pequim No espectacular "Ninho de Pássaros", o todo sistema de iluminação é controlado por KNX, incluindo a deslumbrante iluminação exibida durante a abertura e encerramento da 29.ª edição dos Jogos Olímpicos de Verão. O novo e luxuoso Hotel Kempinski, The Dome, na paradisíaca praia de Antalya na Turquia, apresenta-se como um sonho das 1001 Noites. A arquitectura de um complexo edifício moderno faz lembrar o estilo Seljukian. A mesma tecnologia foi instalada no maior centro Aquático do mundo, no qual os organizadores dos Jogos investiram 100 milhões de euros. Este edifício, utiliza a tecnologia KNX, por exemplo, para tempo de controlo e regulação do consumo de energia, assim como para os efeitos de iluminação na fachada do edifício. Figura 4- Turquia, Hotel Kempinski- The Dome, Antalya 25

26 O complexo hoteleiro com 157 quartos, 16 moradias, seis restaurantes e três bares está localizado sobre uma área de aproximadamente m². Os quartos foram concebidos com base nas cores Mediterrâneas e estão equipados com o mais recente tecnologia. Não existem os típicos sinais "Por favor, não perturbar" em qualquer lugar do Kempinski. Esta informação, é por sua vez exibida na porta por um display LED, que pode ser convenientemente controlado pelo hóspede junto à cama. - Áustria, Cidade de Salzburgo A cidade de Salzburgo cobre uma área de 65,65km² e tem habitantes(conforme dados de 2007). O sistema de iluminação pública da Cidade de Salzburgo inclui luminárias com um total de 2,9 MW de potência e uma rede de 600km de comprimento. Os custos da energia por hora de funcionamento (0,11 por kw/h) são 319 euros. Quartos com Pensamento- Conforto Funções Uma tecnologia avançada e normalizada, sem um compromisso de um único fabricante e que proporciona-se conforto elevado ao utilizador e eficiência energética, foram as razões que levaram os investidores e operadores do Kempinski Hotels a optar pela tecnologia KNX. Durante o check-in dos hóspedes, a recepção poderá activar as seguintes funções do quarto seleccionado: A climatização definida para modo de conforto, luzes de boas-vindas e TV ligada. Todas as outras funções estarão operacionais mal o hóspede introduza o cartão no leitor do seu quarto. Ajuda Rápida em Caso de Emergência Todasascasasdebanhoestãoequipadascomumsistemade chamada de emergência. Isso garante que a recepção será alertada através do sistema KNX com um alarme sonoro e a exibição do número do quarto no caso de uma emergência. O novo sistema KNX liga as luzes quando a luminosidade baixa os 180 lux e desliga a 40 lux na parte de manhã. Comutações devido ao mau tempo (tempestades, neve, nuvens) são ultrapassadas através do modo de longo tempo. Os algoritmos do KNX verificam o desenvolvimento da luz natural em Salzburgo e só permitem que as luzes se liguem após um alargado período de escuridão, poupando assim uma grande quantidade de energia. A alta estabilidade do sistema KNX garante a segurança do sistema. O sistema está construído em redundância. Existem dois sistemas idênticos a correr em paralelo, segundo o qual o sistema o primeiro sistema é executado como sistema primário. Seeste sistemaentraemmododeerro,osegundo sistema assume o controlo. Cada sistema auto verifica-se através da transmissão cíclica de mensagens de todos os KNX componentes para detectar avarias. Figura 5 Áustria, Central Publica de Iluminação de Salzburg 26

27 Os algoritmos de controlo foram implementados módulos de funções KNX. Dois sensores luz estão localizados numa caixa metrológica aquecida e com a temperatura controlada. O circuito de equipamentos sensíveis à luz envia à noite um pré-aviso de 4 quatro minutos para a companhia eléctrica. Este pré-aviso é necessário para que o arranque e sincronização de um gerador de 4 MW. Todas as comutações seguintes serão desfasadas em 10 minutos para evitar picos de arranque e prevenir religações de iluminação. Cada sistema permite um controlo manual, que se sobrepõe ao modo normal, durante a manutenção ou em circunstâncias especiais. O navio tem mais de 100 cabines em diferentes categorias e tem capacidade para mais de 200 passageiros. Para além do elevado conforto, um grande navio de cruzeiro deve satisfazer todas as exigências no que diz respeito à segurança. A comutação da iluminação nos quartos, salões e corredores para a energia de emergência tem de ser efectuado num tempo muito curto. A tripulação do navio deve ter o controlo sobre esta funcionalidade em qualquer momento. Sendo a tecnologia KNX um sistema descentralizado, é o ideal para este tipo de aplicação. 4. Conclusões Benefícios do Sistema KNX Comutação automática do sistema de iluminação pública, poupando energia e aumentando os intervalos de manutenção para a mudança luzes. A automatização foi implementada com o KNX, porque um sistemas industriais equivalente SPS teria um custo muito superior. Os investimentos para componentes e engenharia foram de apenas França, Cruzeiro MS Belle de l Adriatique Em edifícios utilizados para fins comerciais, a flexibilidade e a eficiência de custos desempenham um papel importante. Neste enquadramento, o KNX apresenta-se como solução em virtude da sua flexibilidade e integração. Factores como, flexibilidade, economia, segurança e conforto são alguns dos argumentos de KNX. Funcionalidades tais como, gestão automática da iluminação, climatização, monitorização entre outras são soluções de integrantes do KNX. O MS Belle de l'adriatique percorre o Mar Mediterrâneo desdedacostadacroáciaatéàsilhascanárias. Figura 6- França, Cruzeiro MS Belle de l Adriatique 27

28 28

29 Doutor José António Beleza Carvalho, Eng.º Roque Filipe M. Brandão Instituto Superior de Engenharia do Porto Eficiência Energética em Equipamentos de Força Motriz 1. Introdução A produção de energia mecânica, através da utilização de motores eléctricos, absorve cerca de metade da energia eléctrica consumida no nosso País, da qual apenas metade é energia útil. Este sector é, pois, um daqueles em que é preciso tentar fazer economias, prioritariamente. O êxito neste domínio depende, em primeiro lugar, da melhor adequação da potência do motor à da máquina que ele acciona. Quando o regime de funcionamento é muito variável para permitir este ajustamento, pode-se equipar o motor com um conversor electrónico de variação de velocidade. Outra possibilidade é a utilização dos motores de perdas reduzidas ou de alto rendimento, que permitem economias consideráveis. Também a nível Europeu, os motores eléctricos representam uma das fontes mais consumidoras de energia: 70% do consumo eléctrico na indústria e cerca de 1/3 do consumo eléctrico no sector dos serviços. Nos últimos anos, muitos fabricantes de motores investiram fortemente na pesquisa e desenvolvimento de novos produtos com o objectivo de colocarem no mercado motores mais eficientes. 2. Eficiência dos Motores Os motores eléctricos convertem a energia eléctrica em energia mecânica. No entanto o rendimento desta conversão nãoéde100%.a energia eléctricaé é convertidaemenergia em energia 29

30 mecânica e em perdas. Estas perdas são devidas aos diversos elementos que estão presentes na conversão e podem ser divididas em quatro tipos: o o o o Perdas eléctricas; Perdas magnéticas; Perdas mecânicas; Perdas parasitas. As perdas eléctricas são provocadas pela resistência não nula dos condutores das bobines que ao serem percorridos pela corrente provocam perdas caloríficas. As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rotor devido à histerese e às correntes de Foucault. As perdas mecânicas são provocadas pela rotação das peças móveis, ventilação e atrito do ar. As perdas parasitas são devidas a fugas e irregularidades de fluxo e, também, distribuição de corrente não uniforme. Para se quantificar o valor do rendimento de um motor é necessário conhecer certos parâmetros, tais como as perdas e a potência mecânica disponibilizada para a carga. Também é necessário conhecer algumas características da máquina para que se possa fazer a sua modelização e simulação em vários regimes de carga. Os testes e estudos a efectuar para se determinar o rendimento de um motor de indução são descritos na norma CEI A eficiência de um motor é dada pelo seu rendimento, ou seja, pela relação entre a quantidade de energia eléctrica que absorve e a quantidade de energia mecânica que produz e pode ser calculada pela expressão seguinte. Pmec η = (%) Pabs = Pmec Pmec + Pperdas (1) Figura 1 Perdas nos equipamentos de força motriz Os sistemas de força motriz não são apenas constituídos pelo motor eléctrico. Outros componentes do sistema, para além do motor, podem ser o Variador Electrónico de Velocidade, a Transmissão Mecânica e o Dispositivo de Uso Final. Na realidade, os equipamentos de força motriz podem integrar estes 4 módulos, como se ilustra na figura 2. Deve-se actuar ao nível de cada módulo, de forma a optimizar a eficiência do sistema global. Neste âmbito, merece particular atenção a utilização sempre que possível de Variadores Electrónicos de Velocidade(VEV). ENERGIA P entrada VARIADOR ELECTRÓNICO DE VELOCIDADE (VEV) MOTOR TRANSMISSÃO P ELÉCTRICO MECÂNICA VEV P motor P trans DISPOSITIVO DE USO FINAL P saída(útil) P perdas P perdas P perdas P perdas Figura 2 Sistemas de Força Motriz 30

31 3. Classificação da Eficiência Energética para metade até Este objectivo foi alcançado e a venda de motores EFF3 terminou pouco tempo depois. Na Europa a classificação dos motores CA (Corrente Alternada) de baixa tensão foi estabelecida em 1998 com o acordo dos principais fabricantes de motores Europeus. Todos os fabricantes que assinaram este acordo estão autorizados a colocar a etiqueta de eficiência nos motores e em toda a documentação que os acompanhe, o que torna De uma forma resumida, o acordo estabelecido entre a mais fácil a identificação da classe do motor. Comissão Europeia (CE) e o Comité Europeu de Fabricantes de Máquinas Eléctricas e de equipamentos e sistemas de Electrónica de Potência (CEMEP) estabelecia que os motores de 1,1 a 90kW de potência nominal, 50 ou 60Hz, com 2 e 4 Figura 4 Etiquetas de eficiência dos motores. pólos magnéticos, serão classificados de acordo com os valores dos respectivos rendimentos. Com base no acordo voluntário anteriormente referido, foi também criada uma base de dados europeia EuroDEEM, que As classes de rendimento estabelecidas foram as seguintes: foi projectada pelo centro de pesquisa da Comissão Europeia o EFF1: Motores de elevado rendimento; (CE/JRC), com o objectivo de reunir num só suporte as o EFF2: Motores de rendimento melhorado; informações mais importantes sobre os motores eléctricos o EFF3: Motores de rendimento normal. disponíveis no mercado. Desta forma pretende-se que os utilizadores desta ferramenta possam fazer uma escolha No acordo CE/CEMEP ficou ainda estabelecido que as vendas, na União Europeia, de motores EFF3 diminuiriam bem fundamentada em termos técnicos e económicos dos seus sistemas(carlos GASPAR, 2004). Figura 3 Classes de eficiência de motores. [Rennie, 2000] 31

32 A tabela I mostra o rendimento dos motores para cada uma das classes de eficiência estabelecidas. 4. Características dos motores de elevado rendimento Actualmente, encontra-se já disponível no mercado os chamados motores de perdas reduzidas, ou de alto rendimento, mais caros que os motores clássicos, mas cuja utilização se revela rentável quando o seu tempo anual de utilização for suficientemente longo. Basicamente, o acréscimo de eficiência dos motores está associado a uma reduçãodassuasperdas,quefoiconseguidaàcusta,querda utilização de materiais construtivos de melhor qualidade e com melhores acabamentos, quer por alteração das suas características dimensionais. Os construtores aumentaram a massa de materiais activos (cobre e ferro) de forma a diminuir as induções, as densidades de corrente e, assim, reduzir as perdas no cobre e no ferro. Utilizam chapas magnéticas de perdas mais reduzidas, entalhes especiais em certos casos e reformularam a parte mecânica, com especial incidência sobre a ventilação, para reduzir a potência absorvida por esta e diminuir o nível de ruído. Daí resulta, para idêntica dimensão, um aumento de peso da ordem de 15%, e de preço da ordem de 20 a 25%. Contudo, a melhoria do rendimento, compreendida entre 2 e 4,5%, e do cosφ, permite amortizar rapidamente este aumento de preço. As melhorias típicas que são efectuadas a nível construtivo da máquina podem ser visualizadas na figura seguinte e são resumidas na Tabela II. Tabela I Definição das diversas classes de eficiência kw EFF3 EFF2 EFF1 EFF1 2 e 4 pólos 2 e 4 pólos 2 pólos 4 pólos η n (%) η n (%) η n (%) η n (%) 1,1 <76,2 76,2 82,2 83,8 1,5 <78,5 78,5 84,1 85,0 2,2 <81,0 81,0 85,6 86, ,5 7, <82,6 <84,2 <85,7 <87,0 <88,4 <89,4 82,6 84,2 85,7 87,0 88,4 89,4 86,7 87,6 88,6 89,5 90,5 91,3 87,4 88,3 89,3 90,1 91,0 91,8 18,5 <90,0 90,0 91,8 92,2 22 <90,5 90,5 92,2 92,6 30 <91,4 91,4 92,9 93, <92,0 <92,5 <93,0 <93,6 92,0 92,5 93,0 93,6 93,3 93,7 94,0 94,6 93,6 93,9 94,2 94,7 90 <93,9 93,9 95,0 95,0 Tabela II Resumo das alterações nos motores de elevado rendimento Alteração Efectuada Tratamento térmico do rotor. Uso de ferro laminado por camada. Melhoria do circuito magnético. Redução das bobines do circuito indutor. Melhor qualidade dos rolamentos. Maior quantidade de cobre. Redução do entre-ferro. Rotor mais largo. Sistema de ventilação melhorado. Efeito produzido Redução da resistência. Redução das perdas no ferro. Redução das perdas no ferro. Redução das perdas por efeito de Joule. Redução das perdas mecânicas. Diminuição de perdas e do calor gerado. Diminuição das perdas parasitas. Reactância de fugas menor. Diminuição de ruídos e da temperatura. 32

33 Apesar de este tipo de motores possuir uma eficiência melhorada, quando inseridos num sistema, a eficiência total do mesmo sistema depende de todos os outros componentes que o compõem. Por este motivo, não se deve apenas investir na compra de um motor de elevada eficiência, quando existirem problemas de eficiência nos outros componentes do sistema. 5. Estudo económico, em motores de elevado rendimento Como foi referido anteriormente, a opção por motores de elevado rendimento acarreta custos de investimentos sempre superiores ao investimento em motores standard. Por esse motivo só se torna economicamente vantajosa a aposta neste tipo de motores quando existe a necessidade de substituição de um motor ou quando se está a dimensionar uma nova instalação. Quase nunca a substituição de um motor standard, a funcionar correctamente, por um motor de elevado rendimento se torna economicamente vantajosa. Essa hipótese poderá ser considerada se o motor tiver um elevado número de horas de funcionamento anual. A equação seguinte permite calcular a poupança que se obtém com um motor de elevado rendimento em comparação com um motor standard. 1 Poupança = η em que, η EE η STD P N N kwh STD 1 η EE PN N kwh representa o rendimento do motor standard (2) representa o rendimento do motor de elevada eficiência representaapotêncianominaldomotor indica o número de horas de funcionamento anual traduz o preço da energia eléctrica. Figura 5 Alterações nos motores de elevado rendimento [WEG] 33

34 O acréscimo de custos dos motores de alto rendimento é recuperado através da economia de energia eléctrica que proporcionam. O tempo de recuperação N do investimento suplementar devido à instalação de motores de alto rendimento, pode ser calculado através da seguinte expressão: Ι N = Ρ.Κ. t (3) Apesar de este ser apenas um exemplo e que usa pressupostos previamente estabelecidos, os valores encontrados são da mesma ordem de grandeza dos valores que se podem atingir na realidade. Para qualquer investimento em motores eléctricos efectuado, pelo menos, para 10 anos, os modelos de perdas reduzidas são fortemente competitivos. 6. Controlo de velocidade dos equipamentos de força motriz em que, Ι diferença de custos P variação das perdas entre os dois motores K preço do kwh t tempo de utilização(horas) Se por exemplo considerarmos um motor de 30kW a funcionar à plena carga durante 4000 horas anuais. Considerando um custo médio para a energia de 0,09 /kwh e que o rendimento dos motores EFF1 e EFF3 é respectivamente 93,2% e 91,4%, então a poupança anual de energiaédecercade228,2. Considerando agora que a diferença de preço entre os dois motores é de 450, então tempo de recuperação do capital devido à instalação do motor de elevado rendimento é de aproximadamente 2 anos. Uma grande parte das aplicações em que se utiliza força motriz beneficiaria, em termos de consumo de electricidade e desempenho global, se a velocidade do motor se ajustasse às necessidades do processo. As aplicações com carga variável ou parcial representam cerca de 60% das aplicações de força motriz na indústria, e 80% no sector terciário. Assim, adaptar a velocidade do motor à carga conduz em geral a uma poupança substancial de energia. Os sistemas mais eficientes e mais utilizados no controlo e regulação de velocidade dos equipamentos de força motriz são os Variadores Electrónicos de Velocidade(VEV). Os VEVs convertem a tensão alternada da rede de 50 Hz numa tensão contínua e em seguida numa tensão com frequência variável sob controlo externo do utilizador que pode ir de 0 a 150 Hz consoante o tipo de aplicações. Na figura 6 apresenta-se a estrutura de blocos de um VEV para um motor assíncrono de indução trifásico. Ligação DC linkdc 3φ Alimentação AC trifásica input Rectificador CA AC para CC to DC converter Filtro Filter Inverter: DC to Inversor variable CC para CA voltage com & frequency AC Frequência e tensão variável Motor Motor Figura 6 Diagrama de blocos de um Variador Electrónico de Velocidade 34

35 As principais vantagens inerentes à utilização de um VEV são as seguintes: o Elevado rendimento(96 a 98%) e elevada fiabilidade o Elevado factor de potência o Adaptaçãodomotoràcarga,embinárioevelocidade o Arranques suaves (poupança de energia) e frenagem controlada o Protecção do motor contra curto-circuitos, sobrecargas, sobretensões, falta de fase, etc. Vantagem técnica e económica o Poupança substancial de energia e tempo de retorno do investimento reduzido, especialmente em aplicações de controlo da caudais de bombas, ventiladores e compressores centrífugos o Menor desgaste de componentes e equipamentos mecânicos. 7. Transmissão Mecânica nos Equipamentos de Força Motriz Tipicamente são usados 3 tipos de transmissão mecânica: o Acoplamentos directos no veio; o Engrenagens; o Correias. Os acoplamentos directos no veio são o tipo de transmissão mais utilizado(cerca de 50% das aplicações). Acoplamentos directos: Os acoplamentos directos, se forem alinhados com precisão, possuem um rendimento muito elevado(99%). Engrenagens: As engrenagens simples ou redutoras, são tipicamente utilizados em cargas que requerem velocidades baixas (abaixo de 1200 rpm) e binário muito elevado(que utilizando correias poderia resultar em escorregamento). Existem vários tipos de engrenagens: helicoidais, de dentes direitos, cónicas e com sem-fim. Correntes: Tal como as correias síncronas, as correntes não têm deslizamento. Normalmente são usadas em aplicações onde é requerido uma velocidade reduzida e binário elevado, suportam ambientes com temperaturas elevadas e cargas de choque e têm um tempo de vida elevado se forem apropriadamente lubrificadas. O seu rendimento ascende aos 98% se forem sujeitas a uma manutenção periódica. (c) (a) (b) (d) (e) Figura 7 Transmissão Mecânica em equipamentos de força motriz. 35

36 Correias: Estas permitem mais flexibilidade no posicionamento do motor em relação à carga, e usando polias de diferentes tamanhos permitem reduzir/aumentar a velocidade. Existem vários tipos de correias: (a) Correias em V, (b) Correias com dentes,(c) correias síncronas,(d) correias lisas. sua utilização. Como se demonstrou neste artigo, os ganhos de eficiência com os motores de alto rendimento, vão desde 1% a 5%, o que se pode traduzir por importantes reduções do seu consumo eléctrico; contudo, pela sua concepção, são naturalmente motores que exigem um investimento inicial superior ao dos motores standard (cerca de 25% a 30%). Face a este acréscimo de custos de investimento, é conveniente efectuar-se uma análise económica prévia; pode no entanto, considerar-se tipicamente que, em situações de aquisição de novos motores, a sua utilização é normalmente justificada, sendo o sobrecusto amortizado em 1a2anos,paraumperíododelaboraçãodaordemdas4000 h/ano, e em cerca de 3 anos, para 2000 h/ano de funcionamento. Atender às necessidades de manutenção dos motores, que são essencialmente a limpeza da carcaça, a fim de reduzir a temperatura, e nalguns casos a lubrificação dos rolamentos. Figura 8 Tipos de correias: 1-correias trapezoidais 2- correias síncronas 8. Considerações Finais A produção de energia mecânica, através da utilização de motores eléctricos, absorve cerca de metade da energia eléctrica consumida no nosso País, da qual apenas metade é energia útil. Este sector é, pois, um daqueles em que é preciso tentar fazer economias, prioritariamente. Como se apresentou neste artigo, os pontos fundamentais em que se deve intervir são os seguintes: o Dimensionar correctamente os equipamentos de força motriz, fazendo os motores funcionar com cargas da ordemdos70a80%. o Adaptar a velocidade do motor às necessidades do processo, utilizando sempre que necessário dispositivos electrónicos de variação de velocidade. o Utilizar os novos motores de alto rendimento, que já provaram a sua competitividade apesar do seu custo superior, devendo-se ponderar sempre que necessário a Fontes de Informação Relevantes - BELEZA CARVALHO, J. A., MESQUITA BRANDÃO, Eficiência Energética em Equipamentos de Força Motriz. Jornadas Luso-Brasileiras de Ensino e Tecnologia em Engenharia. ISEP, Porto, Fevereiro de BELEZA CARVALHO, J. A., MESQUITA BRANDÃO, R. F., Efficient Use of Electrical Energy in Industrial Installations. 4TH European Congress Economics and Management of Energy in Industry. Porto, Novembro de CARLOS GASPAR, Eficiência Energética na Industria- ADENE, Cursos de Utilização Racional de Energia, GARCIA, A. G. Impacto da Lei de Eficiência Energética para Motores Eléctricos no Potencial de Conservação de Energia na Indústria Dissertação (Mestrado em Planeamento Energético) - Universidade Federal do Rio de Janeiro-COPPE, Rio de Janeiro. - IAN RENNIE, Improving Motor Efficiency for a Better Environment. ABB Review, 1/ WEG, Catálogo de Motores Eléctricos, disponível em 36

37 Henrique Jorge de Jesus Ribeiro da Silva, António Augusto Araújo Gomes, Eng.º s Instituto Superior de Engenharia do Porto Projecto de Instalações Eléctricas Secção Técnica Vs Secção Económica de Canalizações Eléctricas 1. Introdução O projecto das instalações eléctricas deve responder a critérios de ordem técnica, nomeadamente no que se refere à garantia da protecção das pessoas e instalações, mas contrapõem-se necessariamente os aspectos de ordem económica; resultará do compromisso entre estas duas posições contrastantes a definição daquela que será a solução mais acertada para uma dada instalação. No capítulo dos custos associados a uma instalação eléctrica tem um peso crucial a energia desperdiçada durante o funcionamento da mesma, duração esta que pode em média considerar-se compreendida entre 20 e 30 anos. Este desperdício tem duas origens: perdas excessivas por ineficiente concepção das instalações e selecção não criteriosa de equipamentos que utilizam a energia eléctrica e malbaratamento da energia eléctrica por funcionamento além do necessário. A abordagem dum projecto eléctrico eficiente sob o ponto de vista energético deverá contemplar os seguintes pontos: a) Minimização de perdas no sistema de distribuição b) Redução das perdas devido ao desperdício na utilização do equipamento eléctrico c) Redução das perdas associadas aos problemas associados à qualidade da energia d) Prever as instalações para incorporarem aparelhagem de contagem e medida para fins de monitorização e de realização de auditorias eléctricas 2. A Secção Técnica dos Condutores A definição técnica de canalizações em instalações de utilização de energia eléctrica, deve ser realizada de acordo com o definido nas Regras Técnicas de Instalações Eléctricas de Baixa Tensão, e assenta na verificação das seguintes condições: - Critério do Aquecimento; - Critério da protecção contra sobreintensidades Põe-se, portanto, também neste domínio a questão da eficiência energética. 3. A Secção Económica dos Condutores Calculada a Partir da Norma CEI/IEC Assim, o responsável pela concepção de uma instalação eléctrica deverá procurar não somente a solução técnica funcional da mesma mas preocupar-se que essa solução seja igualmente eficiente do ponto de vista energético. Os métodos de cálculo económico dos condutores levam em linha de conta não somente o custo inicial dos mesmos e da sua instalação mas também os custos associados à exploração, isto é, os custos das perdas por efeito Joule. 37

38 A norma CEI/IEC Electric cables Calculation of the current rating Economic optimization of power cable size (CEI, 1995) apresenta duas metodologias de cálculo uma baseada na determinação de gamas económicas de corrente, para diferentes cabos empregados, e uma outra, conhecida a corrente de projecto, que determina a secção que minimiza a função custo total. CT=CI+CE (1) A norma considera uma temperatura média igual a: θ m θ θa = + θ 3 Onde: θ = temperatura correspondente a Iz θa = temperatura ambiente T=nºdehorasdeutilizaçãodasperdas a (3) Onde: CT custototal CI custo de investimento CE custodeexploração Perdadeenergiano1ºano: 2 ( max p c ) I R L N N T E= (2) O número de horas de utilização das perdas é dado pela relação: T = I() t dt I 2 máx NaFig.1podemosapreciarumdiagramadecargadiário,que traduzavariaçãodacorrentecomotempo. 60 (4) Onde: Imax correntedepicododiagrama R resistência CA por unidade de comprimento L comprimento da canalização Np nº de condutores sob idênticas condições Nc nºdecircuitosidênticos T nºdehorasdeutilizaçãodasperdas Figura 1 -Diagrama de carga I(t) AresistênciaunitáriaRédefinidaatravésdoseuvaloremCC e leva em consideração quer os efeitos pelicular e de proximidade y S e y P, quer as perdas em ecrãs metálicos e armaduras-λ 1 e λ 2. A Fig. 2 representa o chamado diagrama normalizado π(t) que resulta do precedente dividindo-o por I máx. A ordenada máxima passa a ser obviamente 1. 1,2 Em virtude da variação da corrente, factor de carga 1, e da possibilidade de incremento da mesma, a temperatura do condutor será diferente da correspondente à corrente máxima admissível θ(θz). 1 0,8 0,6 0,4 0, Figura 2 - Diagrama normalizado π(t) 38

39 AFig.3correspondeaodiagrama π 2 (t). Custodapotênciadeperdas: 1,2 1 0,8 CE = ( I R L N N) D 2 P max p c (9) 0,6 0,4 0, Figura 3 -Diagrama normalizado π 2 (t) Onde: CE P = custo de exploração por solicitação de potência adicional D=custoanualdapotência Como se trata da elevação ao quadrado de valores quando muitoiguaisa1virámaiscavado. T 8760 = 0 2 π() t dt O nº de horas de utilização das perdas é referido ao período de 8760 h (1 ano). A estimação deste valor vem normalmente dada através da fórmula: (5) Custos de exploração(1º ano): CE= ( I R L N N)( TP+ D) 2 max (10) Considerando-se os pagamentos feitos no fim do ano, os custos no iésimo ano virão dados por: CE = CE[(1 + a) (1 + b)] i i p 2 1 c (11) T = µ 8760 (6) Admitindo-se crescimento percentual anual da carga de a e doscustosdeenergiaepotênciadeb. µ= p f + (1 p) f c 2 (7) Onde: µ=factordecargadasperdas fc=factordecarga p=coeficiente (igual a 0,3 - redes de transporte, e igual a 0,2 - redes de distribuição(ieee, 1990) c Há duas abordagens para lidar com pagamentos feitos em tempos diferentes, o investimento no início da exploração da instalaçãoeoscustosduranteotempodevidadamesma: - método das anuidades; - método da actualização. Ométododaactualizaçãoémaisgeraleéousadonanorma. Custodasperdasno1ºano: CE = ( I R L N N) T P 2 E max p c (8) 2 (1 + a) (1 + b) r = (1 + i ) N 1 r Q = 1 r (12) (13) Onde: Onde: CE E =custodeexploraçãoporperdadeenergiano1ºano i=taxadeactualização P=custodoWh N=nºdeanosdevidamédiadainstalação 39

40 2 Q CEa= ( Imax R L Np Nc)( TP+ D) (14) 1 +i Onde: CEa = custo de N anos de exploração da instalação, referidos ao início do empreendimento, isto é, actualizados. Seja F uma variável auxiliar dada por: Q F= Np Nc( TP+ D) 1 +i Afunçãocustototalviráentãocomaforma: 2 CT = CI+ ImáxRLF ( ) (15) (16) ρ20 B 1 α20 θm R= 10 Ω/m (17) S B= (1 + y + y )(1 + λ + λ) Onde: s p 1 2 ρ20=resistividadedocondutora20ºcemcc θm = temperatura média (18) 4. Método de fixação dos valores máximos de perdas admissíveis nas canalizações Este método é preconizado pela Região Administrativa de Hong-Kong, que através do Departamento Eléctrico e Mecânico do Governo (EMSD) definiu uma abordagem no domínio da baixa tensão, até 2008 de carácter voluntário, mas que a partir de 2009 será integrado na legislação, tornando-se, por conseguinte de carácter obrigatório(emsd, 1997). A metodologia sugerida pelo presente método conduziu a resultados significativos no que se refere à poupança de energia eléctrica, comprovados pelo EMSD, no decorrer de estudos realizados nos últimos 30 anos, junto dos operadores que voluntariamente adoptaram este procedimento(emsd, 1997),(Hui, 2003). A metodologia consiste em fixar os valores máximos de perdas admissíveis nas canalizações, ou seja, a de impor rendimentos mínimos das linhas. Para além das condições técnicas de temperatura e queda de tensão a máxima perda de potência passa a ser critério de dimensionamento. Admitindo um custo de investimento dado por: CI= ( A S+ C) L (19) Consideram-se duas situações: - circuitos trifásicos lineares equilibrados; - trifásicos não-lineares. Onde: A=termodependentedasecçãodocabo C = termo constante 1º caso- Circuito trifásico linear equilibrado Potência transportada e perdas nos condutores do circuito: S A secção económica virá dada pela fórmula: ec ( ) F ρ B 1+ α θ 20 = 1000 I mm máx A m 2 (20) A secção económica será normalizada para o valor comercial mais próximo. 40 P = 3 U I cosϕ p = I r L 2 3 b Onde: Ib = corrente do circuito c b (21) (22)

41 L = comprimento dos condutores r = resistência em CA por metro de canalização à temperatura de funcionamento α 0 =coeficientedetermorresistividadea0ºc Donde: Ovalorpercentualp r dasperdasvemdadopelarelação: p r = 2 3 b I r L 3 U I cosϕ c b (23) Donde, definido o valor percentual que se admite para as perdas, se determinará o máximo valor para a resistência r. R R 1+ α θ 234, 4+ θ = = 1+ α θ 234, 4+ θ c 0 c c z 0 z z (27) 2º caso - Circuito trifásico não-linear, equilibrado, com valores conhecidos de corrente Ib e de taxa de distorção harmónica THD r máx A potência aparente transportada pelo circuito será dada p r U c cos ϕ 1000 = mω/m Ω (24) por: 3 I L b Encontrado o valor de r máx, as tabelas fornecerão a secção a utilizar. S Onde: = 3 Uc Ib (28) Correcção das perdas nos cabos devido às diferentes temperaturas de funcionamento. I b = I = I + I + I h= h (29) A temperatura do condutor pode ser aproximada através da seguinte fórmula: I θ = θ b c a z IzT ( θ ) (25) Onde: θ c =temperaturadocondutor θ a =temperaturaambiente I zt =correntemáximaadmissívelnocabodadapelastabelas THD= b 1 1 h= 2 I 1 I 2 h I = I + THD I = 1 I b 1+ THD 2 2 (30) (31) (32) θ z =temperaturamáximaadmissívelnoscondutores A resistência à temperatura θc pode ser expressa a partir da relação: Admitindo baixa distorção da tensão, o que é razoável, a potência activa transportada terá por expressão: P= 3 U I cosϕ c 1 (33) c ( 1 ) R = R + α θ 0 0 Onde: R 0 =resistênciadocondutora0ºc c (26) Onde: I1 = componente fundamental da corrente cos ϕ=factordepotênciadocircuito 41

42 Desprezando os efeitos pelicular e de proximidade, as perdas nos condutores, incluindo o condutor neutro, será: 2 2 ( 3 b N) p= I + m I r L IN = 3 I + I + I... S m= S F N Queéarelaçãoentreassecçõesdefaseedeneutro. (34) (35) (36) As perdas percentuais (pr) na canalização virão então dadas por: p r = 2 2 ( 3 b N ) I + m I r L 3 U I cosϕ c 1 E a máxima resistência unitária a atribuir ao cabo: r máx pr 3 Uc I1 cosϕ 1000 = I + m I L 2 2 ( 3 b N) (37) (38) 5. Conclusões A busca da eficiência e da utilização racional de energia (URE), particularmente nos sistemas eléctricos, leva a considerar todos aqueles aspectos que concorrem para realizar esse fim. A consideração do rendimento das canalizações, já contemplada nas áreas do transporte e grande distribuição, faz todo o sentido aplicada às redes de baixa tensão, até pela sua enorme extensão. Em Hong-Kong, onde o sistema de fixação de perdas máximas se encontra implementado há alguns anos, o dimensionamento económico de condutores insere-se num programa mais vasto de URE em edifícios de serviços, contemplando vertentes tais como instalações de iluminação, sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado, transporte por elevadores, monta-cargas e escadas rolantes e o desempenho energético de edifícios apresentando resultados tangíveis significativos. Fontes de Informação Relevantes As tabelas especificarão a secção do cabo a considerar. A correcção de temperatura poderá ser feita mediante a fórmula aproximada seguinte: ( 3 Ib+ m IN) 2 ( 3 IzT) c a z 2 ( θ 30) θ = θ + Algunsvaloresdereferênciaparap r : (39) Tabela I -Valores máximos das perdas percentuais para diferentes tipos de circuitos Tipo de circuito Ligações entre transformadores de distribuição e Quadros Gerais Canalizações entre Quadros Gerais e Quadros Parciais Circuitos terminais: iluminação, tomadas ou outrosusoscomcorrentesacimade32a Colunas montantes e entradas, (até 2,5% para utilizações domésticas) Alimentações de grandes cargas como motores de potência apreciável p r [CEI, 1995] CEI IEC , Electric cables, Calculation of thecurrentrating Part3 Section2,Suiça,1995. [Cooper, 1997] Copper Development Association, Electrical Energy Efficiency, U.K., [EMSD, 1997] Electrical and Mechanical Services Department (EMSD), Code of Practice for Energy Efficiency of Electrical Installations, Hong-Kong, [Anders, 1997] Anders J George, Rating of Electric Power Cables, McGraw-Hill, Nova Iorque, [Hui, 2003] Hui, Sam C. M., Energy Efficiency and Environmental Assessment for Buildings in Hong Kong, Máx. MECM LEO Seminar, Advances on Energy Efficiency and 0,5% Sustainability in Buildings, pag, 21-22, 2003, Kuala Lumpur, 1,5% 1% 1,5% 2,5% Malaysia. [Silva, 2009] Silva H.J., Gomes A.A., Ramos S.C., A definição do valor máximo das perdas nas canalizações eléctricas como medida de eficiência energética, JLBE09 - Jornadas Luso- Brasileiras de Ensino e Tecnologia em Engenharia 2009, 10 a 13 de Fevereiro de 2009, Instituto Superior de Engenharia do Porto, Porto, Portugal. 42

43 EVENTOS Workshop Discussão do Manual ITED-NG e da 1.ª edição do Manual ITUR Objectivos do evento: Apresentação e Discussão da Proposta de Revisão do Manual ITED(Infra-estruturas de Telecomunicações em Edifícios) e da 1.ª edição do Manual ITUR(Infra-estruturas de Telecomunicações de Loteamentos e Urbanizações) Organização Profº Beleza Carvalho, António Gomes, Roque Brandão, Sérgio Ramos Instituto Superior de Engenharia do Porto, Departamento de Engenharia Electrotécnica Informação geral Dia/Hora:01Julho2009/das14h30màs19h00m Local: Auditório E do Instituto Superior de Engenharia do Porto Rua Dr. António Bernardino de Almeida, 431, Porto T F Número Máximo de participantes: 200 Público-alvo: Projectistas; Instaladores; Certificadores de ITED; Alunos Engenharia Electrotécnica Inscrição As inscrições serão consideradas por ordem cronológica de chegada e só serão consideradas válidas após ter sido efectuado o pagamento. Ficha de Inscrição disponível em: Preço: 5 Data limite de inscrição: 30 Junho 2009 Informações: Professor Beleza Carvalho- jbc@isep.ipp.pt Emissão de certificado de presença 43

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