Ascensores. Optimização energética

Segundo um estudo recente da União Europeia , o sector dos edifícios será responsável por cerca de 40% do consumo total de energia neste espaço geográfico. Cerca de 70% do consumo de energia deste sector verificarse‐ á nos edifícios residenciais. Em Portugal, mais de 28% da energia final e 60% da energia eléctrica é consumida em edifícios. Por forma a dar cumprimento ao Protocolo de Kyoto, no qual se definiu uma drástica redução da emissão de CO2, a Comunidade Europeia emanou várias directivas que se relacionam directa ou indirectamente com a temática da utilização de energia. As mais importantes são entre outras, a Directiva 2002/91/CE de 16 de Dezembro de 2002 ‐ “EPB ‐ Energy Performance of Buildings” (Desempenho Energético de Edifícios) , transposta parcialmente para o direito nacional pelo Decreto‐Lei nº 78/2006 de 04 de Abril, e a Directiva 2005/32/CE de 06 de Julho de 2005 – “EuP – Energy Using Products” (Requisitos de concepção ecológica dos produtos que consomem energia). Os ascensores não são referidos explicitamente nestas duas directivas, quando se aborda a temática do aumento da eficiência energética. Na Directiva EPB são referidos essencialmente equipamentos técnicos dos edifícios como sistemas de aquecimento, climatização e iluminação, bem como sistemas de isolamento térmico dos edifícios. Na EuP, por sua vez, também não se indicam especificamente os ascensores, embora sejam referidos por exemplo motores eléctricos, que farão parte integrante de um ascensor. De acordo com um estudo da S.A.F.E – “Agência Suiça para a Utilização Eficiente da Energia”, realizado em 2005, os ascensores podem representar uma parte significativa do consumo de energia num edifício (o consumo energético de um ascensor poder representar em média 5% do consumo total de energia de um edifício de escritórios). Na Suiça estima‐se que o somatório do consumo de energia dos cerca de 150.000 ascensores instalados represente cerca de 0,5% do total de 280 GWh de consumo energético do país. A redução do consumo de energia nos edifícios poderá ser obtida através da melhoria das características construtivas, reduzindo dessa forma as necessidades energéticas, através de medidas de gestão da procura, no sentido de reduzir os consumos na utilização e através do recurso a equipamentos energeticamente mais eficientes. No preâmbulo da Directiva EuP refere‐se que “a melhoria da eficiência energética – de que uma das opções disponíveis consiste na utilização final mais eficiente da electricidade – é considerada um contributo importante para a realização dos objectivos de redução das emissões de gases com efeito de estufa na Comunidade.” Daí que seja importante estudar também a optimização energética de ascensores. No presente artigo será apresentado um resumo do estudo sobre o consumo energético realizado a uma amostra composta por 20 ascensores eléctricos instalados pela Schmitt‐Elevadores, Lda. em Portugal. Para a determinação do consumo anual de energia a partir dos dados obtidos, foi utilizado um modelo, desenvolvido com base na norma alemã VDI 4707:2009. Com base nos dados obtidos foram então identificadas diversas hipóteses de optimização, que poderão e deverão ser implementadas.

Accionamentos eficientes de força‐motriz. Nova classificação

Os motores eléctricos, particularmente o motor assíncrono de indução, são o tipo de máquina mais utilizada na indústria em virtude da sua grande versatilidade, gama de potências, robustez, duração, reduzida manutenção, baixa poluição, facilidade de produção e custos de aquisição relativamente baixos. Como qualquer máquina, o motor eléctrico, responsável pela conversão de energia eléctrica em mecânica, apresenta perdas. O rendimento (ou eficiência) é definido como sendo a razão entre a potência de saída (ao nível do veio de saída do accionamento) e a potência eléctrica absorvida à entrada. A produção de energia mecânica, através da utilização de motores eléctricos, absorve cerca de 60% da energia eléctrica consumida no sector industrial do nosso País, da qual apenas metade é energia útil. Este sector é, pois, um daqueles em que é preciso tentar fazer economias, prioritariamente. Os sistemas de accionamentos têm que ser abordados como um todo, já que a existência de um componente de baixo rendimento influencia drasticamente o rendimento global. 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”, de “alto rendimento”, ou “elevada eficiência”, que permitem economias energéticas consideráveis. 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. O acordo voluntário obtido em 1999 entre a CEMEP (Associação Europeia de Fabricantes de Motores Eléctricos) e a Comissão Europeia sobre o rendimento de motores de 2 e 4 pólos, na gama de potências 1,1 a 90 kW, foi revisto em 2004. Os motores foram classificados de acordo com o seu rendimento: ‐ EFF1 – Motores de alto rendimento; ‐ EFF2 – Motores de rendimento aumentado; ‐ EFF3 – Motores sem qualquer requisito especial. No seguimento da directiva "Eco‐design Directive (2005/32/CE) “ publicada em 2005 para Produtos que consomem energia (EUP), a Comissão Europeia aprovou em Julho de 2009 um regulamento de aplicação dos requisitos de concepção ecológica para os motores eléctricos, com efeitos a partir de meados de 2011, dando aos fabricantes de cerca de 2 anos para garantir que seus produtos cumprem a referida directiva. O lote 11 da Directiva EUP (Energy Using Products) descreve as orientações de design, a compatibilidade ambiental, o impacte ambiental e o consumo de energia de máquinas / motores eléctricos rotativos de alto rendimento. A directiva abrange os motores de 2, 4 e 6 pólos, na gama de potências de 0,75 a 375 kW. Neste âmbito, os motores passam a ser classificados por: ‐ IE1 (igual a EFF2) – com utilização proibida; ‐ IE2 (igual a EFF1) – com utilização obrigatória; ‐ IE3 (igual a Premium) – com utilização voluntária; ‐ IE4 (ainda não aplicável a accionamentos assíncronos).

Extinção das tarifas reguladas no sector eléctrico

O sector eléctrico foi, historicamente, um sector de monopólio natural, controlado por uma única entidade a qual assegurava as diversas actividades relacionadas com o fornecimento da energia eléctrica, desde a sua produção, transporte e distribuição até ao abastecimento ao consumidor final. Esta é uma realidade que tem vindo a ser radicalmente alterada nas últimas décadas. Após longos anos de actuação em regime de monopólio (público, privado ou misto) verticalmente integrado, verificaram-se em diversos países, em diferentes latitudes, várias experiências que resultaram em processos de desverticalização do sector com separação das suas actividades. O primeiro destes exemplos ocorreu no Chile no final da década de 70 do século XX, tendo as alterações consistido, basicamente, no fim dos monopólios da energia eléctrica e na introdução duma lógica de concorrência no mercado da electricidade. Esta passou a verificar-se na produção e na comercialização, mantendo-se como monopólios as actividades ligadas a infra-estruturas de rede como são o transporte e a distribuição.

Energy-conscious tasks partitioning onto a heterogeneous multi-core platform

Modern multicore processors for the embedded market are often heterogeneous in nature. One feature often available are multiple sleep states with varying transition cost for entering and leaving said sleep states. This research effort explores the energy efficient task-mapping on such a heterogeneous multicore platform to reduce overall energy consumption of the system. This is performed in the context of a partitioned scheduling approach and a very realistic power model, which improves over some of the simplifying assumptions often made in the state-of-the-art. The developed heuristic consists of two phases, in the first phase, tasks are allocated to minimise their active energy consumption, while the second phase trades off a higher active energy consumption for an increased ability to exploit savings through more efficient sleep states. Extensive simulations demonstrate the effectiveness of the approach.

Enhanced Race-to-halt: a leakage-aware energy management approach for dynamic priority systems

With progressing CMOS technology miniaturization, the leakage power consumption starts to dominate the dynamic power consumption. The recent technology trends have equipped the modern embedded processors with the several sleep states and reduced their overhead (energy/time) of the sleep transition. The dynamic voltage frequency scaling (DVFS) potential to save energy is diminishing due to efficient (low overhead) sleep states and increased static (leakage) power consumption. The state-of-the-art research on static power reduction at system level is based on assumptions that cannot easily be integrated into practical systems. We propose a novel enhanced race-to-halt approach (ERTH) to reduce the overall system energy consumption. The exhaustive simulations demonstrate the effectiveness of our approach showing an improvement of up to 8 % over an existing work.

Energy efficient scheduling for cluster-tree wireless sensor networks with time-bounded data flows: application to IEEE 802.15.4/ZigBee

Cluster scheduling and collision avoidance are crucial issues in large-scale cluster-tree Wireless Sensor Networks (WSNs). The paper presents a methodology that provides a Time Division Cluster Scheduling (TDCS) mechanism based on the cyclic extension of RCPS/TC (Resource Constrained Project Scheduling with Temporal Constraints) problem for a cluster-tree WSN, assuming bounded communication errors. The objective is to meet all end-to-end deadlines of a predefined set of time-bounded data flows while minimizing the energy consumption of the nodes by setting the TDCS period as long as possible. Sinceeach cluster is active only once during the period, the end-to-end delay of a given flow may span over several periods when there are the flows with opposite direction. The scheduling tool enables system designers to efficiently configure all required parameters of the IEEE 802.15.4/ZigBee beaconenabled cluster-tree WSNs in the network design time. The performance evaluation of thescheduling tool shows that the problems with dozens of nodes can be solved while using optimal solvers.

Wind energy technology

Electricity is regarded as one of the indispensable means to growth of any country’s economy. This source of power is the heartbeat of everything from the huge metropolitans, industries, worldwide computer networks and our global communication systems down to our homes. Electrical energy is the lifeline for any economic and societal development of a region or country. It is central to develop countries for maintaining acquired life styles and essential to developing countries for industrialisation and escaping poverty.

Simulation study of energy efficient scheduling for IEEE 802.15.4/ZigBee cluster-treeWireless Sensor Networks with time-bounded data flows

The simulation analysis is important approach to developing and evaluating the systems in terms of development time and cost. This paper demonstrates the application of Time Division Cluster Scheduling (TDCS) tool for the configuration of IEEE 802.15.4/ZigBee beaconenabled cluster-tree WSNs using the simulation analysis, as an illustrative example that confirms the practical applicability of the tool. The simulation study analyses how the number of retransmissions impacts the reliability of data transmission, the energy consumption of the nodes and the end-to-end communication delay, based on the simulation model that was implemented in the Opnet Modeler. The configuration parameters of the network are obtained directly from the TDCS tool. The simulation results show that the number of retransmissions impacts the reliability, the energy consumption and the end-to-end delay, in a way that improving the one may degrade the others.

Slow down or race to halt: towards managing complexity of real-time energy management decisions

Existing work in the context of energy management for real-time systems often ignores the substantial cost of making DVFS and sleep state decisions in terms of time and energy and/or assume very simple models. Within this paper we attempt to explore the parameter space for such decisions and possible constraints faced.

Energy and delay trade-off of the GTS allocation mechanism in IEEE 802.15.4 for wireless sensor networks

The IEEE 802.15.4 protocol proposes a flexible communication solution for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPAN) including wireless sensor networks (WSNs). It presents the advantage to fit different requirements of potential applications by adequately setting its parameters. When in beaconenabled mode, the protocol can provide timeliness guarantees by using its Guaranteed Time Slot (GTS) mechanism. However, power-efficiency and timeliness guarantees are often two antagonistic requirements in wireless sensor networks. The purpose of this paper is to analyze and propose a methodology for setting the relevant parameters of IEEE 802.15.4-compliant WSNs that takes into account a proper trade-off between power-efficiency and delay bound guarantees. First, we propose two accurate models of service curves for a GTS allocation as a function of the IEEE 802.15.4 parameters, using Network Calculus formalism. We then evaluate the delay bound guaranteed by a GTS allocation and express it as a function of the duty cycle. Based on the relation between the delay requirement and the duty cycle, we propose a power-efficient superframe selection method that simultaneously reduces power consumption and enables meeting the delay requirements of real-time flows allocating GTSs. The results of this work may pave the way for a powerefficient management of the GTS mechanism in an IEEE 802.15.4 cluster.

Modified particle swarm optimization for day-ahead distributed energy resources scheduling including vehicle-to-grid

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

A sustentabilidade e o ciclo de vida dos edifícios

A crescente preocupação que envolve as questões ambientais a nível mundial, cada vez mais agravadas pelo comportamento irresponsável do Homem, conduziu à criação de métodos de avaliação dos impactes ambientais provocados por produtos e sistemas. Sendo o sector da construção responsável por grande parte desses impactes, é evidente a necessidade de aplicação de medidas que visem mitigar ou, no mínimo, reduzir até valores aceitáveis, essas agressões ao meio ambiente. Nesse âmbito, é natural que tenha surgido a ideia de aplicar uma metodologia tão precisa e rigorosa como a LCA ao sector da construção. No entanto, nos dias de hoje, as preocupações alargaram-se às vertentes social e económica que, juntamente com a vertente ambiental, formam o triângulo de equilíbrio do desenvolvimento sustentável. É precisamente essa avaliação tripartida que esta Dissertação pretende abordar, tentando aprofundar conhecimentos e fornecer alternativas, através da análise crítica, que possam contribuir para a melhoria contínua desta metodologia.

Integração energética da unidade 2100 da Fábrica de Óleos Base da Refinaria de Matosinhos

Até 2020, a Europa terá de reduzir 20% das suas emissões de gases com efeito de estufa, 20% da produção de energia terá de ser proveniente de fontes renováveis e a eficiência energética deverá aumentar 20%. Estas são as metas apresentadas pela União Europeia, que ficaram conhecidas por 20/20/20 [1]. A Refinaria de Matosinhosé um complexo industrial que opera no sector da refinação e que apresenta preocupações ao nível da eficiência energética e dos aspectos ambientais subjacentes. No âmbito da racionalização energética das refinarias, a Galp Energia tem vindo a implementar um conjunto de medidas, adoptando as melhores tecnologias disponíveis com o objectivo de diminuir os consumos de energia, promover a eficiência energética e reduzir as emissões de dióxido de carbono. Para ir de encontro a estas medidas foi elaborado um estudo comparativo que permitiu à empresa definir as medidas consideradas prioritárias. Uma solução encontrada visa a execução de projectos que não requerem investimento e que têm acções imediatas, tais como o aumento da eficiência energética das fornalhas [1]. Este trabalho realizado na Galp Energia S.A. teve como objectivo principal a optimização energética da Unidade de Desalfatação do Propano da Fábrica de Óleos Base. Esta optimização baseou-se no aproveitamento energético da corrente de fundo da coluna de rectificação T2003C com uma potência calorífica de 2,79 Gcal/h. Após levantamento de todas as variáveis do processo relativas a esta unidade, especialmente a potência calorífica das correntes envolvidas chegou-se á conclusão que a fornalha H2101 poderá ser substituída por dois permutadores, reduzindo desta forma os consumos energéticos. Pois a corrente de fundo da coluna T2003 com uma potência calorífica 2,79 Gcal/h poderá permutar calor com a corrente da mistura asfalto com propano, fazendo com que esta atinja temperatura superior à obtida com a fornalha em funcionamento. A análise económica ao consumo e respectivo custo do fuelóleo na fornalha para o período de um ano foi realizada, sendo o seu custo de combustível de 611.396,00 €. O valor da aquisição dos permutadores é 86.355,97€, sendo rentável a alteração proposta neste projecto.

Monitorização de sistema de baterias para veículos elétricos

Uma das maiores preocupações do mundo neste momento prende-se com o facto da grande dependência do petróleo e seus aglomerados. Esta dependência causa dois problemas: novos estudos fomentam o começo da escassez deste produto, atirando para cima o preço deste material precioso, e a poluição que que este causa. Um dos sectores mais dependentes e que mais polui, é o dos transportes. Nos últimos anos, o mundo teve finalmente noção deste problema e uma das apostas neste sector é o desenvolvimento da célula de combustível, uma tecnologia que utiliza água como combustível, podendo ser reutilizada. É uma tecnologia ainda em fase de introdução pelo que, para já, a médio prazo não será solução. Uma solução intermédia é a utilização de energia elétrica como ―combustível‖. Apesar de grande parte da produção de energia elétrica ser a partir da queima de derivados de petróleo, os motores elétricos são por si só muito mais eficientes comparando com os motores de combustão. Não se vai aqui debater se são uma solução com viabilidade devido à questão da transferência da dependência do petróleo do sector dos transportes para o sector da produção de energia elétrica. O objetivo deste trabalho será desenvolver um sistema de faça a gestão do ―combustível‖ dos veículos elétricos, ou seja, baterias. Essa gestão tem como objetivo aumentar a autonomia do veículo e prolongar o tempo de vida das baterias. Na primeira fase, uma introdução à atualidade dos veículos elétricos, fazendo uma análise às diferentes soluções. Serão referidas os diferentes tipos de baterias e suas características, passando depois para exemplos de sistemas de gestão de baterias. A explicação da ideia para este sistema vem com o capítulo projeto, ficando a implementação para o capítulo seguinte.