Metodologia de Implantação de um sistema de Gestão de Energia Utilizando ABNT NBR ISO 50001

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1 ISSN Metodologia de Implantação de um sistema de Gestão de Energia Utilizando ABNT NBR ISO Janquiel Fernando Frozza (UTFPR) Jean-Marc Stephane Lafay (UTFPR) Vitor Baldin (UTFPR) Filipe Marangoni (UTFPR) Resumo: Desde a década de 1970, muitos países têm desenvolvido programas de eficiência energética em todos os setores.programas de Eficiência Energética trazem muitos benefícios onde são aplicados. Diminuem o custo com energia e, em consequência, o valor do produto final. Em um contexto mais amplo eles contribuem para a minimização de gases causadores do efeito estufa lançados à atmosfera e a necessidade de expansão do sistema de energia. Um programa de eficiência energética é muitas vezes ineficiente por ser aplicado somente em alguns sistemas isolados da empresa, e não em todo o conjunto, perdendo a confiabilidade ao longo do tempo por falta de monitoração. Em contra partida há programas de gestão energética que visam efetuar o controle energético de uma instituição, efetuar medidas, verificar falhas e aplicar correções. Em junho de 2011 foi publicada no Brasil a norma ABNT NBR ISO Sistemas de gestão de energia-requisitos com orientação para uso. Seu objetivo é propiciar ás instituições um melhor desempenho energético com eficiência energética.. Este artigo apresenta uma metodologia para implantação de um sistema de gestão de energia utilizando a norma. A norma não especifica como deverão ser efetuadas algumas etapas, por exemplo, como definir a linha de base energética e indicadores. Pretende-se aqui apresentar como tais métodos poderão ser implementados Palavras-chaves: Gestão Energética,ISO 50001

2 1 INTRODUÇÃO Um programa de Eficiência Energética traz muitos benefícios não somente onde aplicado, mas também em um contexto mais amplo, como diminuição da necessidade de expansão do setor energético, redução de custos em energia em instituições e principalmente contribui com a minimização de impactos ambientais causados pelos gases de efeito estufa lançados à atmosfera. No Brasil, o tema eficiência energética e conservação de energia começou a ser discutido seriamente na década de 1970 com a primeira crise do petróleo onde a organização dos países exportadores de Petróleo (OPEP) assumiu o controle sobre o sistema de preços (ALSSSOP 2011). Desde aquele ano, muito tem se feito em respeito a eficiência energética no Brasil, como criação de órgãos, Leis, Decretos, Resoluções e incentivos. Dentre tantos, pode se citar o PROCEL ( Programa Nacional de Eficiência Energética), CONPET (Programa Nacional de Racionalização de uso de derivados de Petróleo e Gás Natural), e PBE(Programa Brasileiro de Etiquetagem). Os programas de eficiência energética mostraram bons resultados desde sua implantação. Segundo dados do relatório de resultados PROCEL 2009 a atuação deste órgão possibilitou uma economia de energia de 34,4 bilhões de kw.h entre os anos de 1986 e Essa energia equivale a 9,9% do consumo de energia no ano de No mesmo ano segundo o relatório de 2009 o programa PROCEL possibilitou uma economia de energia de 5,473 milhões de kw.h. Na Tabela 1 pode ser visto a atuação do órgão nos diferentes setores. PROGRAMA PARTICIPAÇÃO Procel Reluz 0,31% Procel EPP 0,02% Prêmio Procel 0,31% Procel Selo 99,02% Tabela 1: Economia de energia gerada pelo PROCEL por setores no ano de 2009 Fonte: Relatório PROCEL 2009 PROCEL Reluz se refere ao Programa Nacional de Iluminação Pública e Sinalização Semafórica Eficientes. PROCEL EPP se refere ao Programa de Eficiência Energética nos Prédios Públicos. O prêmio PROCEL é concedido anualmente a várias categorias como Transportes, Setor 2

3 Energético, Edificações, Imprensa, Micro e Pequenas Empresas e Indústria. O prêmio é concedido as empresas que se destacarem com programas de conservação de energia. O Selo PROCEL tem por objetivo apresentar ao consumidor o nível de eficiência energética dos produtos dentro de diversas categorias. Além do PROCEL, outro programa de eficiência energética muito atuante se trata da Lei nº 9.991, de 24 de julho de Essa estabelece que concessionárias e permissionárias de energia apliquem um percentual do montante de sua receita em programas de eficiência energética. Na tabela 2 pode ser verificado a definição do programa por tipo.(pinheiro-2011). Tabela 2: Divisão de programa de eficiência energética(lei 9.991) por tipo Fonte-PINHEIRO-2011 Na tabela 3 é demonstrado o resultado de eficiência energética aplicado por concessionárias e permissionárias de energia através da Lei de número nos diversos setores entre os anos de 2008 e 2011(PINHEIRO-2011). Importante notar através da tabela 3 que programas de baixa renda contribuem com 68% energia economizada. 3

4 Tabela 3: Resultado de eficiência energética através da Lei de número PINHEIRO-2011 Dentro dos vários setores, um dos maiores consumidores de energia, principalmente elétrica é o Industrial. Segundo o Balanço Energético de 2011(BEN,2011) em 2010 o consumo de energia elétrica nesse setor representou 44,2% do total de energia elétrica consumida entre todos os setores. Em 2009 esse mesmo setor teve um consumo de 43,3% do total de energia elétrica consumida. Ao se verificar os dados das tabelas 2 e 3 conclui-se que os programas de EE não estão inseridos de forma mais ampla no setor industrial; setor esse responsável pelo maior consumo de energia elétrica registrado. Há outros programas de eficiência energética sendo implantados na indústria, principalmente o que se referem as ESCO s (Empresas de Serviços de Conservação de Energia). Esses programas, em muitos casos são pontuais, eficiência energética em motores, climatização, refrigeração entre outros. Há casos em que o retorno de investimento é lento e empresas de pequeno e médio porte não tem como investir em tais programas. Há, no entanto a possibilidade, independente do tipo e tamanho da instituição aplicar um sistema de gestão energética. Um sistema de gestão energética (SGE) visa ter conhecimento de todo o fluxo de energia em uma instituição; verificar influências, possíveis pontos a serem melhorados e acima de tudo ter controle sobre o sistema aplicando ações corretivas. Em muitos casos, um sistema de gestão de energia é mais eficaz do que programa de eficiência energética devido a sua atuação ser mais ampla e duradoura. Ela demanda um custo inicial relativamente baixo em vista dos retornos vindos de forma de eficiência energética nos diferentes processos. No ano de 2011 foi lançada no Brasil a norma ABNT NBR ISO Sistemas de gestão de energia-requisitos com orientações para uso. Seu principal objetivo é propiciar ás instituições um meio de estabelecerem um sistema para melhorar seu desempenho energético, incluindo 4

5 eficiência energética; uso e consumo, além de prever uma significativa redução de emissão de gases de efeito estufa. Esse artigo faz parte de um trabalho de mestrado que está sendo desenvolvido na Universidade Tecnológica Federal do Paraná. O trabalho apresentará uma Metodologia de implantação de um sistema de gestão energética utilizando a ABNT NBR ISO O objetivo principal do trabalho é utilizar a norma como estrutura da metodologia. Serão desenvolvidos métodos para cumprir requisitos da norma. Métodos esses de como elaborar uma linha de base energética, criar indicadores condizentes com a organização, escolher uma opção de medição de economia e sobretudo como implantar o sistema de gestão. NOMENCLATURA AEE:Ação de Eficiência Energética SGE:Sistema de Gestão Energética CICE: Comissão interna de conservação de energia EVO: Efficiency Valuation Organization EE: Eficiência Energética PIMVP:Protocolo Internacional de Medição e Verificação de Performance UC:Unidade Consumidora. ANEEL:Agência Nacional de Energia Elétrica RN:Resolução Normativa QGBT:Quadro geral de Baixa tensão CCM:Centro de controle de motores ESCO s: Empresas de Serviços de Conservação de Energia 5

6 2 REFERENCIAL TEÓRICO O modelo de gestão energética segundo a norma ABNT NBR ISO 50001, pode ser verificado na figura 1. A norma baseia-se no modelo Plan-Do-Check-Act (PDCA). Como pode ser visto na Figura 1, ela é estruturada em uma política energética, um planejamento energético, implementação e operação, verificação e análise crítica pela direção. Na verificação se tem uma monitoração, medição e análises, não conformidades, correção, ação corretiva e preventiva e auditoria interna do SGE. 2.1 Política energética. Figura 1: Modelo de Sistema de Gestão de Energia Fonte: Adaptado da ABNT-NBR ISO Em todo sistema de gestão seja ele de qualidade, ambiental ou até energético, o fator determinante do funcionamento do programa é o apoio da direção. A direção com a equipe do sistema de gestão é quem cria objetivos e metas a serem alcançadas. A política de um sistema de gestão é estruturada e administrada por uma equipe. No ano de 1990 através da administração pública federal foi criado o decreto Tal decreto estabelece a necessidade de estabelecimentos de administração federal com consumo anual superior a 600MW.h ou consumo anual de 15 tep s criarem uma Comissão interna de conservação de energia(cice). A concepção na elaboração da CICE adéqua-se a entidades privadas. A política energética será mantida pela comissão. Utilizaremos nesse trabalho orientações do guia técnico de gestão energética PROCEL para elaboração da CICE. Esta 6

7 possibilidade se deve ao fato de a CICE ficar dentro de padrões nacionais para inclusive conseguir com mais facilidade financiamentos em futuras ações de Eficiência Energética. O guia recomenda que o CICE seja diretamente ligado a direção e tenha estrutura matricial, ou seja, não deve ser de nível hierárquico. Nela deverão ter responsáveis de todas as áreas e um coordenador que tenha conhecimento de EE. Para grandes empresas um CICE suportaria um engenheiro de EE como coordenador. Isso não acontece para empresas de pequeno e médio porte. A coordenação nesses casos poderá ser exercida preferencialmente por responsáveis pelos setores de manutenção da empresa. 2.2 Planejamento Energético. O Processo de Planejamento Energético é verificado na Figura 2. Conforme demonstra a Figura 2 o planejamento de divide em Entrada de Planejamento, Revisão Energética e Saídas de Planejamento. Três termos de muita importância para um sistema de gestão energética se trata de revisão energética, linha de base energética e indicadores. Importância essa devida ao fato que tais termos são identificados por variáveis técnicas onde impactam diretamente sob a economia de energia gerada e demonstram se o sistema está dentro de limites aceitáveis. Figura 2: Diagrama conceitual do processo de planejamento Fonte: Adaptado da ABNT-NBR ISO

8 a) Revisão energética; Segundo o item 3.5 NBR ABNT ISO 50001, revisão energética é a determinação do desempenho energético da organização com base em dados e em outras informações conduzindo a identificação de oportunidades de melhoria. Analisar uso e consumo de energia com base em medições e outros dados. Uso e consumo de energia atual e passada. Com base na análise identificar área críticas: i) Instalações, equipamentos, sistemas, processos, pessoal. ii) Determinação de desempenho energético das instalações (Equipamentos, processos, entre outros). iii) Estimar os uso e consumo futuros. Identificar, priorizar e registrar oportunidades de melhoria de desempenho energético. Na revisão energética é que se obtêm informações a respeito do fluxo de energia, setores de maior consumo e se verifica possíveis pontos de melhoria. O nome dado pela norma é equivalente em certo aspecto a um diagnóstico energético. KRAUSE(2002) define diagnóstico energético como a avaliação de todos os sistemas consumidores de energia. Dependendo do porte da empresa um diagnóstico energético pode levar um tempo considerável, onde a quantidade de sistemas energéticos requer uma análise minuciosa. O diagnóstico deve ser realizado por profissionais altamente qualificados, já que muitos processos industriais contam com fontes de energia elétrica, vapor, água gelada, fluídos térmicos, ar comprimido, refrigeração, etc (LEITE,2010). Para contemplar requisitos da ISO é necessário assegurar na revisão energética que os itens representados na figura 3 sejam satisfeitos. Conforme demonstra a figura 3, a análise de uso e consumo de energia visa qualificar os tipos de energia sendo utilizadas e também quantificar o que está sendo gasto. Identificar contas de energia elétrica, gás, lenha, etc. Figura 3: Etapas do diagnóstico energético Esta análise possibilitará a criação de uma linha de base para monitoração dos setores consumidores de energia. Identificar áreas com uso significativo de energia é necessário para 8

9 determinar onde será aplicado um maior número de horas e investimentos. Bueno (2008) verificou em estudo de caso de um abatedouro de aves que os compressores da sala de máquinas representam 97% do consumo total de energia elétrica do frigorífico. Em outros frigoríficos essa porcentagem poderá ser um pouco diferente, dependendo de outras setores existentes. O diagnóstico energético ainda possibilita a identificação de oportunidades de melhoria. Pontos identificados serão analisados pela CICE e serão tomadas as devidas ações. Os principais pontos que deverão ser diagnosticados são: Análise tarifária; Sistemas de refrigeração; Sistema de ar condicionado; Sistema de ar comprimido; Acionamentos; Sistema de vapor; Consumo de água; b) Linha de base energética Na revisão energética é que se obtém a linha de base energética. Conforme a ABNT NBR ISO a linha de base energética pode ser defendida como referencia(s) quantitativa(s) fornecendo uma base de desempenho energético onde: - Uma linha de base energética reflete um período de tempo especificado; - Uma linha de base energética pode ser normalizada usando variáveis que afetam o uso e/ou consumo de energia, como nível de produção, graus-dia (temperatura exterior) etc. - A linha de base energética é também utilizada para cálculo da economia de energia, como uma referência antes e depois da implementação de ações de melhoria de desempenho energético. Essa base pode depender de cada processo e instituição. A linha de base é que define o indicador ideal de consumo de energia da organização. Mudanças no desempenho devem ser comparadas a linha de base energética. Segundo leite (2010) a grande importância no correto dimensionamento da linha de base é conseguir mensurar a economia gerada apartir de investimentos de Eficiência Energética. Muitas ESCO s investem nas empresas em programas de conservação de energia. Muitos contratos são feitos de forma que o retorno de investimento vem através da economia gerada. Daí outra importância na correta determinação da linha de base. 9

10 O objetivo do SGE além de um mapa do fluxo de energia é possibilitar a economia de energia através de implantação de Ações de Eficiência Energética. Em muitos casos se deseja conhecer os parâmetros de Eficiência para toda a instalação, em outros casos apenas um processo específico (LEITE,2010). Para esses diferentes casos há formas distintas de estabelecer a linha de base energética. Há vários métodos para estabelecer uma linha de base energética como regressão estatística, simulações, etc. A regressão estatística é a mais utilizada ( LEI e HU-2009). Um cuidado que deve ser tomado na elaboração da linha de base é que fatores externos como umidade e temperatura externa influenciam no consumo de energia, principalmente em edificações que fazem uso de condicionadores de ar. Se fatores externos influenciam no consumo de energia, a linha de base deve ser ajustada de forma a compensar tal desequilíbrio. Conforme Miyata (2006), a economia de energia pode ser determinada pela diferença entre o consumo de energia após a implantação de AEE e a energia consumida antes de programas de AEE. A linha de base antes do retrofit é também chamada de linha de base de energia pré ajustada. Na figura 4 pode ser verificado um sistema no qual a linha de base depende de variáveis externas como temperatura e umidade. A EVO (Organização de Avaliação de Eficiência) é uma organização que tem por finalidade fornecer ferramentas de medição e verificação de projetos de EE. Desde 2006 ela vem lançando ao mercado o PIMVP. Segundo PIMVP(2010) um processo de medição e verificação tem por finalidade medir a economia de energia gerada através de um programa de gestão de energia. Segundo ela a economia não pode ser medida diretamente, já que há uma ausência no consumo de energia. Desta forma ela traz subsídios para que se faça de forma segura uma análise da economia gerada através de um retrofit. As atividades de um programa de M&V segundo PIMVP(2010), compreende: instalação, calibração e manutenção de medidores; obtenção e tratamento de dados; desenvolvimento de um método de cálculo e estimativas aceitáveis; cálculos com dados medidos; garantia de qualidade e verificação de relatórios por terceiros. 10

11 Figura 4 Modelo de estimativa de ajuste de linha de base energética Fonte:Miyata(2006) A ANEEL em 2008 lançou um manual do programa de eficiência energética. O manual é um guia para as empresas obrigadas a seguir a Lei no 9.991, de 24 de julho de 2000 fazerem seus programas dentro de uma metodologia. No manual consta que a linha de base energética levantada na etapa do diagnóstico deverá ser efetuada dentro dos moldes do PIMVP. Nota-se então que o protocolo está inserido não apenas no contexto industrial mas também em setores de grande relevância no cenário nacional. Isso justifica também que os moldes na elaboração da linha de base energética e M&V sejam de acordo com o PIMVP. Os objetivos do PIMVP segundo o manual são: Aumentar a economia de energia; Documentar transações financeiras; Aumentar o financiamento para projetos de eficiência; Melhorar projetos de engenharia, funcionamento e manutenção da instalação Gerir orçamentos energéticos; Aumentar o valor dos créditos de redução de emissão; Apoiar a avaliação de programas de eficiência regionais; Aumentar a compreensão do público acerca da gestão de energia como ferramenta de política pública; Na figura 5 pode ser verificado uma curva de consumo de uma caldeira com a implantação de um retrofit de EE. Nota-se na figura que apartir da AEE, a produção do processo aumentou. A economia de energia é a diferença entre o consumo de referência ( Aqui doravante chamado de linha de base energética) e a energia que realmente foi medida. Verifica-se que sem o ajuste do consumo de referência a economia de energia registrada teria sido inferior. É necessário separar em um sistema as variáveis energéticas de outras variáveis que afetam o consumo como produção e temperatura (PIMPV, 2010). 11

12 O PIMPV sugere 4 formas de aplicar um sistema de M&V e consequentemente a elaboração da Linha de base energética. As opções são A, B, C e D. Importante ressaltar que as opções A e B se aplicam a sistemas isolados de AEE. Pode-se citar a verificação de AEE de uma caldeira, de um sistema de Ar comprimido entre outros. As opções C e D aplicam-se a toda a instalação. Figura 5 Exemplo de histórico de consumo de Energia. Fonte:PIMVP(2010) c) Indicadores de desempenho energético Refere-se a valor ou medida quantitativa de desempenho energético conforme definido pela organização (item 3.13 ABNT NBR ISO 50001). A organização deve identificar os IDE s apropriados para monitoramento e medição de seu desempenho energético. A metodologia para determinar e atualizar os IDEs deve ser registrada e regularmente revisada (item ABNT NBR ISO 50001). A norma não dita a metodologia para determinação dos IDE s. Porém esses indicadores devem ser mantidos e atualizados e comparados a linha de base. Os indicadores de desempenho energético visam demonstrar o estado de eficiência energética dos diferentes sistemas para um SGE. Eles servem para verificar as possíveis mudanças de eficiência energética (PETTERSON, 1996). Entende-se eficiência energética como o processo que visa produzir a mesma quantidade de produto ou uso final com menos energia. Para um processo industrial um indicador muito simples e utilizado pode ser verificado na equação 1 (PETTERSON,1996). As duas principais normas para sistemas de medição e verificação são PIMPV da EVO e ASHRAE 14. Essas, no entanto são omissas em relação a indicadores de eficiência energética e deixam sob responsabilidade do Engenheiro de eficiência energética determinar os indicadores (LEITE 2010). Como visto, os indicadores são de fundamental importância para a mensuração de 12

13 economia gerada. Nota-se também que há um grande interesse em verificar se o consumo de energia da planta está em acordo com o consumo de plantas referências em eficiência energética. A importância dos indicadores também se deve ao fato de muitas vezes remeter dados econômicos relativos aos investimentos em AEE. Petterson (1996) define 4 grupos de indicadores, servindo principalmente para medir mudanças de eficiência energética em um processo qualquer. São os quatro grupos de indicadores: Termodinâmicos São indicadores relacionados inteiramente a processos termodinâmicos. Alguns podem ser simples e outros com estruturas mais complexas que se relacionam com o uso real de energia com o processo ideal. Físico-termodinâmicos São indicadores híbridos onde a entrada se dá através de variáveis termodinâmicas e a saída poderá ser outra unidade física, por exemplo tonelada de produtos. Econômico-termodinâmicos São indicadores onde a entrada são unidades termodinâmicas e saída tem relação com preço de mercado. Econômicos São indicadores que medem mudanças de eficiência em termos de valores de mercado. A entrada de energia e saída são relacionados a unidades monetárias. Segundo Domanski (2011) na indústria o indicador mais utilizado é o físico termodinâmico. Alguns autores utilizam esse indicador como consumo específico de energia (DOMANSKI, 2011). Esse indicador reflete diretamente o consumo de energia por produto produzido. Em uma Indústria, um processo pode utilizar diferentes energias de entrada como combustíveis, vapor e energia elétrica (SIITONEN,2009), então o CEE pode ser calculado da forma: Onde: E C =Energia de combustíveis E V =Energia de vapor E E =Energia Elétrica 13

14 Segundo Ferreira(1994) os indicadores energéticos podem ser divididos em Macroindicadores, quando destinados a medir a eficiência de uma região ou país e Microindicadores que são destinados a Eficiência de uma empresa, edifício ou habitação. Os macroindicadores e microidicadores segundo o mesmo autor podem ser ainda identificados por função de seus objetivos: Indicadores descritivos: caracterizam a eficiência energética sem justificativa de alterações e desvios; e Indicadores explicativos: explicam as razões das possíveis variações de EE.Caracterizam alterações tecnológicas, estruturais e de comportamento. Os indicadores descritivos e explicativos podem ainda ser estabelecidos em dois critérios: Critério econômico: São utilizados quando a Eficiência energética não pode ser representada por variáveis físicas ou técnicas. São também designados por indicadores de intensidade energética. Critério técnico-econômico: São utilizados quando a Eficiência Energética pode ser representada por variáveis físicas e/ou técnicas. Exemplo consumo de energia, distância percorrida, toneladas de aço.etc. Segundo Saidel, Favato e Morales (2005), no Brasil, os indicadores energéticos como ferramenta para gestão energética são pouco explorados. Devido a tal fato os autores propõe alguns indicadores energéticos do tipo explicativo de critério técnico-econômico aplicados em uma instituição de ensino: PCR(Índice Percentual de Consumo no Período Reservado).Objetiva caracterizar o impacto de consumo de horário reservado em relação ao consumo total de uma unidade consumidora. Pode verificar a quantidade de energia que pode estar sendo despendida no horário noturno comparando com UC s de segmento semelhante. PCT(Índice Percentual de Consumo Total). Objetiva verificar quanto cada centro de consumo impacta sobre o consumo total da instalação. Exemplo: Sistema de Ar condicionado, Refrigeração, Iluminação, força motriz, etc. 14

15 CMM(Índice de Consumo médio mensal por m²): Objetiva verificar o consumo por área construída, comparar com indicadores de instituições semelhantes e verificar índice ótimo para futuras construções. CMF(Índice de Consumo médio Mensal por Funcionário). Objetiva caracterizar o perfil de consumo por número de colaboradores. CMA(Índice médio mensal por alunos). Da mesma forma que o CMF, objetica criar um perfil de consumo em relação a alunos. DMM (Índice de Demanda Máxima Mensal por m²). Objetiva comparar demanda entre unidades e criar o valor ideal por m² auxiliando em futuros projetos, inclusive para dimensionamento de equipamentos de potência como transformadores. DMF(Índice de demanda máxima mensal por funcionários).objetiva caracterizar relações entre unidades e perfil de carregamento de circuitos. DMA(Índice de demanda máxima mensal por alunos). Igualmente ao DMF, objetiva caracterizar relações entre unidades e perfil de carregamento de circuitos. Nota-se que tais indicadores foram elaborados para uma instituição de ensino, podem no entanto ser utilizados em uma indústria principalmente o PCR e o PCT. Outros indicadores que geralmente não são utilizados em programas de eficiência energética mas produzem efeitos significativos nos custos de energia elétrica são relacionados a contratação e qualidade de energia. Os principais podem ser citados como, fator de carga, fator de potência, taxa de distorção harmônica, e perdas elétricas em cabos e equipamentos. FP(Fator de Potência):O fator de potência pode ser definido como a porcentagem de potência realmente utilizada (kw) da potência fornecida (KVA) (KRAUSE,2002). Baixo fator de 15

16 potência indica um sistema com pouca eficiência. O fator de potência ideal é unitário. Segundo Art.95 da Resolução Normativa n 414 de 9 de setembro de 2010 (ANEEL) o fator de potência indutivo ou capacitivo tem como limite mínimo permitido para UC s no valor de 0,92;isso para UC de grupo A de tarifação. Entende-se como grupo A segundo RN n 414; agrupamento composto de unidades consumidoras com fornecimento em tensão igual ou superior a 2,3 kv, ou atendidas a partir de sistema subterrâneo de distribuição em tensão secundária. THD (Taxa de distorção harmônica total): Quando uma onda não for uma senoidal pura, ela pode ser decomposta em várias senóides (Harmônicas). A primeira é chamada de fundamental e as demais possuem múltiplos subsequentes do harmônico principal (KRAUSE, 2002). Segundo krause(2002) os principais problemas vindos de harmônicos são: -Perdas adicionais e aquecimento em máquinas elétricas e capacitores. -Interferência nos sistemas de telefonia. - Aumento da corrente de neutro. - Aumento das perdas em condutores. - Erros em instrumentos convencionais por efeitos harmônicos. -Redução da vida útil de lâmpadas incandescentes. -Necessidade de sobredimensionamento de transformadores. -A operação inadequada dos sistemas de controle. -Ruídos adicionais em motores e outros dispositivos. -Sobretensões causadas pelas ressonâncias na rede. Ter um baixo THD na instalação significa diminuir os problemas descritos. FC(Fator de carga): Esse fator é dado através da relação entre a demanda média e a demanda máxima registrada. Ele pode variar de 0 a 1. Um baixo fator de carga pode indicar que em períodos breves há uma grande solicitação de carga. Por vezes é contratada uma alta demanda para esses intervalos. Aumentar um fator de carga indica uma diminuição de demanda necessária. Na figura 6 pode ser visto uma curva de carga típica para um consumidor comercial. Nota-se que as 13:00 horas há um decréscimo na demanda. Entre as 24:00 e 08:00 a demanda é mínima. 16

17 Figura 6 Curva de carga típica consumidor comercial. Fonte: Francisquini(2006) Melhorar um indicador de fator de carga significa tentar deixar a curva de carga mais próxima da média. PE(Perdas Elétricas). Todo sistema elétrico sofre perdas de energia de alguma forma. Na indústria as principais perdas de energia entre o ponto de entrega até painéis terminais pode-se citar as de efeito joule em transformadores, barramentos condutores, chaves e conectores. Diminuir perdas é sinônimo de dimensionar corretamente cabos, barramentos e equipamentos. Uma forma de medir as perdas é medir a tensão de entrada do sistema e tensão terminal de quadros. Quanto menor a diferença de tensão, menor serão as perdas. 2.3 Implementação e Operação As etapas do processo de implementação e operação segundo a ISO compreende: Competência, Treinamento e conscientização Comunicação Documentação Controle Operacional Projeto Aquisição de serviços de energia, produtos, equipamentos e energia Na implementação e operação deverão ser postos em prática todos os processos que visam garantir o que foi definido na política energética e planejamento energético. Alguns exemplos poderiam ser citados como treinamento do pessoal afim de conscientização de uso consciente de energia, criar procedimentos para aquisição de novos equipamentos com alto rendimento energético, informar fornecedores da existência de um sistema de gestão etc. Enfim, a implantação é de caráter institucional e será variável para cada SGE. Detalhes deste processo poderão ser verificados na norma ABNT NBR ISO

18 2.4 Verificação. A verificação ISO compreende: Monitoramento, medição e análise; Avaliação da conformidade com requisitos legais e outros requisitos; Auditoria interna do SGE; Não conformidades, correção, ação corretiva e ação preventiva; Controle de registros; O monitoramento poderá ser simplesmente pela leitura de faturas de energia elétrica, gás, lenha, combustíveis diversos etc. Ou mais complexo como instalação de medidores de energia em cada fronteira delimitada (Centros de consumo) interligados a um sistema supervisório com medidas em tempo real e armazenamento em banco de dados. Ações corretivas destinam-se a corrigir não conformidades ocasionadas. Tais não conformidades estão diretamente ligadas a indicadores. Poderíamos citar algumas não conformidades x ações corretivas através da tabela 4. NÃO CONFORMIDADES Baixo fator de potência Nível de iluminação acima do recomendado pela norma Motor trabalhando abaixo de 75% da carga nominal Temperatura elevada em determinado painel Alto THD Diferença de corrente entre fases Diferença de tensão acima do permitido entre QGBT e CCM Diferença de pressão acima do permitido entre sistema de ar comprimido e circuitos terminais AÇÕES CORRETIVAS Verificar banco de capacitores Substituir lâmpadas por de menores potência Verificar possibilidade de repontecialização Verificar estado das conexões elétricas e subdimensionamento de elementos Instalação de filtros para harmônicos Balancear cargas Redimensionar alimentadores Verificar vazamentos Tabela 4-Exemplos de não conformidades e ações corretivas. 2.5 Análise crítica pela direção. A análise crítica da direção segundo a ABNT NBR ISO compreende: Entradas para análise crítica pela direção Resultados da análise crítica pela direção. Detalhes podem ser vistos no item 4.7 da norma. 3 METODOLOGIA Tendo como base o referencial teórico onde foram definidas todas as etapas da norma e algumas características de seus elementos, propõe-se aqui uma metodologia para a implantação de um sistema de gestão energética. O objetivo do método é aplicar o SGE com caráter técnico- 18

19 adminitrativo. Ou seja, implementar um sistema de gestão mas com informações técnicas de como elaborar as diversas etapas do modelo. As normas de gestão, geralmente não trazem informações técnicas de como elaborar certos procedimentos como indicadores, linha de base, etc. O método aqui proposto visa justamente acrescentar essa visão técnica para o pleno funcionamento do SGE. A implantação do SGE visará o conhecimento de todo o fluxo de energia da instituição, onde e como a energia está sendo gasta, pontos falhos que poderão ser melhorados, economizar energia, reduzir o custo do produto final, diminuir impactos ambientais e propiciar uma imagem de referencia e termos de conservação de energia. A implantação do método se dá em duas etapas. Na primeira etapa é necessário estabelecer diretrizes para o início do programa como diagnóstico energético, criação da CICE, elaboração de indicadores, etc. A segunda etapa compreende o ciclo do SGE conforme visto na figura 1. Ou seja planejar-fazer-checar-agir. Segue etapas da implantação: 3.1 PRIMEIRA ETAPA(IMPLANTAÇÃO DO SGE) Aprovação da direção Independente do tipo de modelo de gestão, o apoio da direção é crucial para o startup e manutenção do sistema. No caso específico do SGE, haverá a necessidade de envolvimento de colaboradores de diversos setores, treinamentos internos e externos, investimento em equipamentos, contato com fornecedores etc. A aprovação dos custos geralmente incide sobre a direção. E necessário então um diálogo inicial apontando os principais retornos de um SGE: - Diminuição do custo de energia; - Diminuição da necessidade de manutenção de equipamentos; - Melhoria da imagem da empresa perante a sociedade; - Melhor conhecimento de onde a energia está sendo gasta; - Distribuir responsabilidades de metas energética para vários setores; - Possibilidade da expansão da Indústria com um conhecimento prévio do futuros gastos de energia; -Rateio de custos de energia entre os diversos setores; -Conhecimento de gasto de energia sobre cada produto finalizado; -Verificar se sua empresa está tendo um consumo energético compatível com empresas referencias do mesmo setor; 19

20 -Possibilidade de fazer da empresa uma referência em gestão de energia; Esses são os principais retornos de um SGE. Deverá ficar bem claro de que os possíveis investimentos de AEE trarão de benefícios á instituição Criação do CICE O CICE será o órgão de implantação e manutenção do SGE. O primeiro passo será eleger um responsável pelo setor. Esse gestor deverá ter um conhecimento sobre EE. Uma grande empresa suportaria a contratação de um engenheiro de EE, isso não acontece para pequenas e médias empresas. O gestor será responsável para definir os representantes de outros setores e ter contanto com a direção. Uma sugestão pode ser verificada na figura 7. É importante haver representante de todos os setores para que cada um leve aos colaboradores informações em respeito a conservação de energia e divulgação de indicadores. Em especial o representante de manutenção verificará o estado de equipamentos e novas AEE a serem realizadas. O representante do setor de compras deverá assegurar a aquisição de novos equipamentos com alto rendimento energético (Lâmpadas econômicas, motor de alto rendimento, e equipamentos com selo PROCEL). Figura 7: Estrutura CICE empresa de médio porte Fonte:Produção própria Diagnóstico Energético Esta etapa é complexa e exige conhecimento multidisciplinar, já que envolve sistemas de calor, refrigeração, iluminação força motriz entre outros. O diagnóstico será efetuado na seguinte sequência: Divisão do sistema(delimitação de fronteiras) Se fará a divisão do sistema entre diferentes centros de consumo. Isso é importante para facilitar a coleta de dados, organização, escolha de responsáveis e controle de indicadores. Uma delimitação de fronteiras para uma indústria de abate de aves poderia ser dada pela figura 8. 20

21 Verifica-se na figura 8 as diversas fronteiras. A sala de máquinas representa (Demarcada em vermelho na figura) o maior consumo de energia elétrica para esse setor (BUENO, 2008). Nota-se a demarcação simplificada de alguns fluxos de energia. Na medição geral há a entrada de combustível para os geradores. Na caldeira há entrada de combustível e água. Na produção há entrada de água. Alguns fluxos internos foram omitidos. Tais fluxos, quanto mais detalhados melhor será o entendimento de possibilidade de AEE. É importante ter a medição geral como centro de consumo, pois ela será uma linha de base energética. Ela representa todo o consumo da empresa e os outros centros terão uma porcentagem do consumo geral. Figura 8: Exemplo de delimitação de fronteiras típica para frigorífico de abate de aves. Coleta de dados. Aqui será efetuado o levantamento de todo o consumo final de energia, descobrir pontos falhos do sistema que poderão ser melhorados; isolação, sobredimensionamento de equipamentos, equipamentos obsoletos, etc. O levantamento de dados será efetuado através de medições, observações e análise de documentos como fatura de energia, planilhas de produção, e dados técnicos de equipamentos. A IEEE 739 (1995) sugere a observação das categorias a seguir: Iluminação:interior, exterior, natural e artificial; Aquecimento, ventilação e ar condicionado: efeitos de condução, convecção e radiação; Motores e acionamentos; Processos; 21

22 Outros equipamentos elétricos (Transformadores, contatores, condutores, seccionadoras, etc). Aspecto exterior das edificações: infiltração térmica, isolação, transmissão; Além do tratado para IEEE 739 (1995) fica definido a necessidade de uma análise tarifária. Análise de dados e plano de ação Aqui serão analisados todos os dados coletados e armazenados. O corpo técnico formado pelo CICE ou pelo profissional contratado para o diagnóstico deverá entre tantas, verificar os estado do sistema e principalmente: Análise tarifária;fator de potência, fator de carga, demanda contratada, opção tarifária. Verificar melhor opção, mercado livre ou cativo. Verificar que equipamentos deverão ser substituídos ou que sistemas sofrerão alteração. Repotencialização de motores, substituição de lâmpadas, substituição de equipamentos obsoletos, manutenção de diversos equipamentos, limpeza, troca de filtro de condicionadores de ar, etc Definição do Plano de medição e verificação Conforme visto na revisão bibliográfica, segunda orientação do PIMVP o sistema de medição e verificação poderá ser de diferentes níveis. Uma ação isolada de eficiência energética é diferente da necessidade de uma ação coletiva de toda a indústria. Na figura 9 poderá ser verificado o processo de seleção do modelo de medição e verificação. Importante notar que essa escolha é dependente do plano de ação efetuado no diagnóstico energético. Lá será verificado se algum centro de grande consumo necessita de uma medição isolada ou não. A opção D seria a mais favorável à implantação de um SGE em uma indústria de abate de aves. Conforme Bueno(2008) em seu estudo de caso os compressores da sala de máquinas responsáveis pelo sistema de refrigeração representaram 97% do consumo total de energia do frigorífico do abate de aves. Devido a tal fato, seria dispendioso a instalação de vários medidores e um sistema complexo de supervisão para centros de baixo consumo. A opção D com análise de medição geral e calibração de AEE seria desta forma o mais indicado. 22

23 Fifura 9 Processo de seleção de opção de plano de M&V Fonte:PIMPV(2010) Efetuar ações de EE O diagnóstico energético possibilitará a melhoria de todo o sistema energético. Algumas mudanças serão imediatas e outras a longo prazo. A limpeza de filtros de condicionadores de ar são mais simples e baratas do que a substituição do motores de grande porte. Muitas substituições serão gradativas. É vasta a quantidade de itens relacionados a AEE. O mais importante nesse processo é que haja comprometimento na execução. É necessário criar um plano de ação com estudo técnico econômico para a execução dessa tarefa Criação de linha de Base Energética e Indicadores de Desempenho Energético A escolha de linha de base energética advém da escolha do modelo de medição e verificação adotados. Escolhido o modelo de M&V a equipe deverá selecionar as variáveis independentes a serem monitoradas (LEITE,2009). Em uma medição geral se está interessado em obter um bom fator de potência e uma demanda abaixo da contratada, as variáveis independentes poderão ser 23

24 então demanda e fator de potência e controle através de gerenciadores de energia e banco de capacitores. Na caldeira o mais importante em termos de EE é produzir maior quantidade vapor com uma menor quantidade de lenha e água possíveis com controle através de vazão de água e quantidade de lenha. Os indicadores são variáveis para cada processo e fronteira. Em áreas administrativas poderão ser utilizados indicadores como os definidos por Saidel, Favato e Morales (2005), principalmente PCM,PCT e CMM. Em quadros elétricos Eficiência energética é sinônimo de baixas temperaturas (indicando menores perdas possíveis), equilíbrio de correntes, fator de potência mais próximos do valor unitário e baixo THD. Eficiência em sistemas de ar comprimido é representada por maior quantidade de ar produzida por menor quantidade de energia requerida. Enfim, os indicadores deverão ser definidos de tal forma que caracterizam Eficiência Energética para o sistema delimitado por sua fronteira. 3.2 SEGUNDA ETAPA Na segunda etapa será a gestão propriamente dita. Deverão ser realizadas reuniões mensais do CICE, preferencialmente após recebimentos da conta de energia. Nas reuniões se fará leitura de indicadores, propostas de melhorias e lançar planos de ação. Em suma deverá seguir o ciclo: a) Política energética: -Atender os objetivos prescritos; - Prezar pela melhoria contínua etc; b) Planejamento energético; - Atualizar linha de base energética; -Verificar necessidade de novos diagnósticos energéticos; - Atualizar indicadores; - Verificar se indicadores estão adequados a instituição; -Verificar necessidade de novas fronteiras; c) Implementação e operação - Implementar AEE - Continuar treinamento e conscientização do programa; - Organização de documentos; - Monitorar serviços especializados -Etc; 24

25 d) Verificação; - Monitorar os indicadores estipulados através de leituras e relatórios. (Fator de potência, demanda, fator de carga, consumo de água e combustíveis diversos, perdas térmicas, elétricas etc). - Verificar não conformidades: multas por ultrapassagem de demanda e consumo de potência reativa, ultrapassagem de consumo de energia de cada centro de consumo, alta temperatura em determinados equipamentos, etc. - Executar ações corretivas: Instalar bancos de capacitores, filtros de harmônicos, limpar filtros de condicionadores de ar, substituir lâmpadas, adquirir equipamentos com maior rendimento etc. e) Análise crítica pela direção. -Análise crítica da política energética, desempennho energético, grau de comprimento de metas e objetivos energéticos. -acompanhamento de auditorias energéticas -recomendações de melhorias, etc. Para detalhes verificar item 4.7 ABNT NBR ISO ANÁLISE E DISCUSSÃO Através da metodologia apresentada verifica-se a importância de prezar por indicadores de nível qualitativo e quantitativo para a manutenção de um SGE. Indicadores qualitativos como porcentagem de falhas das AEE, ou obtenção das metas energéticas refletem á direção a validação dos investimentos. Indicadores quantitativos como fator de potência, fator de carga, etc são necessários para a equipe técnica controlar o sistema. A delimitação de fronteiras é de vital importância para reconhecer o fluxo de energia e produtos entre as várias conexões. Através dessas delimitações pode-se reconhecer pontos críticos susceptíveis a melhorias e/ou substituições. Quanto maior o nível de informações no fluxo de energia e massa maior será a percepção para novas AEE. Diagramas Sankey são ideais para esse levantamento. Eles tem como objetivo a caracterização de fluxo de energia e perdas de energia definidas pela largura de suas linhas (DOMANSKI e LOURENÇO,2011). Na figura 10 pode ser visto um modelo de diagrama Sankey de uma aplicação. Atualmente há softwares específicos para geração desse tipo de diagrama. Nota-se falhas ao implantar um sistema de gestão energética sem fatores técnicos relevantes como opção de medição e verificação. O modelo de M&V adotado vai refletir a exatidão da leitura 25

26 de variáveis que identificam a economia de energia economizada e refletir á direção a possibilidade de novos investimentos. Demonstrou-se a importância de se efetuar um correto diagnóstico energético contemplando todos os usos finais de energia e verificar pontos de maior consumo próprios para AEE isoladas. Figura 10: Aplicação de Diagrama Sankey Fonte: Marques, CONCLUSÃO Pela metodologia proposta verificou-se que em uma instituição, principalmente industrial sempre haverá possibilidade de ações de eficiência energética. Ações isoladas atualmente difundias perdem a validade muitas vezes por falta de monitoração. Um sistema de Gestão Energética permite controlar o sistema de energia como insumo da empresa; entrada, saída, distribuição para cada setor, meta de redução, evitar desperdício,etc. A vantagem de um SGE é que permitirá um acompanhamento contínuo do fluxo de energia e produtos produzidos. Haverá sempre a possibilidade de redução de consumo. Indicadores de EE farão com que o sistema energético esteja atualizado e permaneça dentro da zona de controle onde as metas energéticas foram propostas pela direção junto á CICE. REFERÊNCIAS Allsopp,C; Fattouh,F. Oil and international energy, Oxford Review of Economic Policy, V.27,n.2,p ANEEL. Lei N 414,2010. ANEEL.Manual Para Elaboração do Programa de Eficiência Energética,

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