Monitorização do consumo de energia em centros de dados

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

Sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica

A racionalização do consumo de energia elétrica é um tema que assume uma importância crescente nos dias de hoje. O elevado consumo de energia, principalmente a nível comercial/industrial, tem motivado o aparecimento de questões políticas, económico-sociais e ambientais que visam a sensibilização dos consumidores para a gestão eficiente dos seus recursos. Neste sentido, as empresas e instituições têm demonstrado interesse em encontrar soluções de gestão nas suas instalações elétricas que permitam a monitorização de indicadores e a previsão de falhas cuja ocorrência acarreta elevados custos de reparação/substituição, de paragem de produção, entre outros. O estudo aqui apresentado surge no âmbito de um projeto académico, cuja finalidade se prende com a implementação de um sistema de monitorização da qualidade e consumo de energia elétrica no Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Baseado numa rede de dispositivos analisadores de parâmetros de energia elétrica, estes equipamentos de medição dispõem de software próprio, o GridVis, que permite o acesso remoto, através de uma rede Ethernet, aos parâmetros de energia (grandezas físicas elétricas). O sistema desenvolvido é capaz de identificar parâmetros de consumo de energia anómalos e emitir alertas, pré-programados em linguagem C++ e diagrama de blocos. Permite, por exemplo, detetar um consumo instantâneo excessivo de energia e alertar a sua ocorrência. As páginas de acesso aos parâmetros medidos por cada dispositivo são acessíveis através de uma interface gráfica desenvolvida em Adobe Flash que inclui, de uma forma simples e organizada, a informação relativa à distribuição dos dispositivos de medição. Num contexto de expansão deste projeto para outros edifícios do ISEP, a solução desenvolvida encontra-se preparada para ser adaptada em qualquer local, desde que reúna certos requisitos.

Previsão de consumo de energia de curto-prazo (dia seguinte) com recurso a wavelets

A actividade de produção de energia eléctrica, bem como o seu transporte e distri-buição até aos consumidores finais iniciou-se no final do século XIX e, desde essa altura, o sector tem conhecido muitas transformações aos mais variados níveis. Mais recentemente, nas últimas décadas, o sector eléctrico tem enfrentado muitos desafios que têm contribuí-do bastante para o seu desenvolvimento e inovação. A previsão de consumos de energia eléctrica é tradicionalmente importante para o equilíbrio entre a oferta e a procura, bem como para uma rigorosa gestão e planeamento das redes eléctricas de transporte e distribuição. A sua importância é ainda reforçada, ac-tualmente, com a liberalização dos mercados energéticos, na medida que os comercializa-dores pretendem dispor de ferramentas que lhes permita estimar com precisão a curva de procura agregada de consumidores com quem contratualizam. Os sistemas de previsão de carga podem ser classificados de acordo com o horizonte temporal, sendo regularmente divididos em três categorias: previsão a longo prazo; pre-visão a médio prazo; previsão a curto prazo. Neste trabalho de dissertação, pretende-se desenvolver um sistema de previsão de consumo de energia para o dia seguinte (hora a hora) com o recurso a Wavelets, capaz de apresentar o consumo associado a cada período horário ao longo do dia. Para tal, foram desenvolvidos dois métodos que diferem entre si na forma como o conceito de Wavelets é aplicado na decomposição dos dados.

Categorização do consumo de energia em sistemas de povoamento de Data Warehouses

Os recursos computacionais exigidos durante o processamento de grandes volumes de dados durante um processo de povoamento de um data warehouse faz com que a necessidade da procura de novas implementações tenha também em atenção a eficiência energética dos diversos componentes processuais que integram um qualquer sistema de povoamento. A lacuna de técnicas ou metodologias para categorizar e avaliar o consumo de energia em sistemas de povoamento de data warehouses é claramente notória. O acesso a esse tipo de informação possibilitaria a construção de sistemas de povoamento de data warehouses com níveis de consumo de energia mais baixos e, portanto, mais eficientes. Partindo da adaptação de técnicas aplicadas a sistemas de gestão de base de dados para a obtenção dos consumos energéticos da execução de interrogações, desenhámos e implementámos uma nova técnica que nos permite obter os consumos de energia para um qualquer processo de povoamento de um data warehouse, através da avaliação do consumo de cada um dos componentes utilizados na sua implementação utilizando uma ferramenta convencional. Neste artigo apresentamos a forma como fazemos tal avaliação, utilizando na demonstração da viabilidade da nossa proposta um processo de povoamento bastante típico em data warehouses – substituição encadeada de chaves operacionais -, que foi implementado através da ferramenta Kettle.

Avaliação de método de questionário para estudo da relação entre presença e uso de aparelhos de refrigeração, arborização viária e consumo de energia elétrica

Dentre os inúmeros benefícios da arborização viária, destaca-se a capacidade de redução da temperatura do ar, seja pelo sombreamento causado pela copa das árvores, seja pela evapotranspiração. O aumento de temperatura em áreas urbanas eleva a demanda pelo resfriamento do ar, afetando dramaticamente os custos de energia elétrica. O objetivo deste trabalho foi o de avaliar a aplicação de questionários para o estudo da relação entre a vegetação viária na cidade de São Paulo, o consumo de energia elétrica e o uso de aparelhos de refrigeração em residências. Foram escolhidas três áreas na cidade de São Paulo/SP que diferissem em termos de quantidade de vegetação, selecionadas através de amostragem sistemática e 100 residências em cada área, nas quais foram aplicados questionários e analisadas as contas de energia elétrica. Conclui-se que o uso do questionário não foi eficiente para estabelecer uma relação entre a vegetação viária, o consumo de energia elétrica em residências e o uso de aparelhos de refrigeração. Isso porque não houve diferença estatística tanto entre os hábitos de uso de aparelhos de ar condicionado, quanto na quantidade de tais aparelhos nas três áreas. Ao contrário, o consumo de energia elétrica diferiu entre as áreas, ou seja, apenas com os dados coletados nos questionários não foi possível isolar o efeito dos aparelhos de ar condicionado no valor total do consumo de energia elétrica, já que tal consumo variou nas três áreas, mas a quantidade e o uso não diferiram.

Potencial de redução do consumo de energia elétrica pela utilização de aquecedores solares no Estado de Goiás

O presente trabalho analisa a viabilidade técnica da redução do uso de energia elétrica pela substituição dos chuveiros elétricos por aquecedores solares e apresenta uma análise da redução do custo mensal de energia elétrica para os diferentes municípios de Goiás. Por meio do processamento de dados climatológicos e com o auxílio do aplicativo de informações geográficas SPRING®, foram calculados os valores de irradiâncias (MJ m-2 anual-1) e do número de horas anuais de brilho solar sobre a superfície da Terra e no topo da atmosfera, respectivamente, para os municípios do Estado de Goiás. Com base em dados censitários, calcularam-se o consumo médio de energia elétrica mensal por domicílio (kWh mês-1) e o total anual (kWh ano-1). Analisou-se a redução do custo mensal de energia elétrica por domicílio pela substituição de chuveiros elétricos com diferentes potências comerciais por aquecedores solares. Analisaram-se, ainda, a redução da vazão que passa na turbina (m³ s-1) da principal usina hidrelétrica de Goiás e a relação entre a redução da potência total anual (kW) e a potência gerada por essa usina (kW). Procedeu-se, finalmente, à análise econômica, avaliando-se a relação custo/benefício da substituição proposta. Os resultados mostraram redução média mensal da conta de energia de R$ 36,92 e média de 13 meses para o retorno do capital investido. Pôde-se concluir pela viabilidade técnica, econômica e ambiental da substituição dos chuveiros elétricos pelos sistemas aquecedores/reservatórios térmicos.

Efeito do lignossulfonato de cálcio e magnésio na resistência mecânica e consumo de energia na fabricação de alimento extrusado para cães

Utiliza-se a extrusão termoplástica na produção de alimento animal para obter extrusados que se mantenham íntegros, pois sua desintegração resulta em oneroso reprocessamento. Os objetivos do presente trabalho foram avaliar o efeito da adição de lignossulfonato de cálcio e magnésio, nas concentrações de 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 4,0%, em massa, em formulação genérica para cães adultos em manutenção, na resistência mecânica do extrusado e medir o consumo de energia elétrica da extrusora, em escala industrial. Não houve diferenças na resistência mecânica do extrusado, quando avaliado através de penetração com ponteira cilíndrica. Porém, utilizando a compressão entre pratos planos rígidos e paralelos, discriminou-se a resistência dos extrusados que continham lignossulfonato em sua formulação daqueles da testemunha. A adição do lignossulfonato não afetou a durabilidade do extrusado. O tempo de processamento diminuiu com o aumento da quantidade de lignossulfonato presente na formulação da ração.

Estratégias para minimizar o consumo de energia elétrica no apoio a sistemas solares de aquecimento de água

É muito difícil falar sobre aquecimento de água usando energia solar, sem falar em energia de apoio, ou auxiliar. Essa indispensável energia auxiliar, que pode ser eletricidade, gás ou um outro combustível qualquer, tem por objetivo substituir a energia solar nos dias nublados, ou complementá-la nos períodos de baixa radiação solar. Sua finalidade é manter um certo volume de água quente dentro das condições mínimas de temperatura para uso imediato. Essa energia, tão importante para a eficácia do sistema, tem sempre um custo agregado que deve ser considerado no projeto. A escolha do tipo de energia auxiliar recai justamente sobre a eletricidade por sua facilidade de controle e baixo investimento inicial. O custo da energia elétrica, contudo, é hoje alto o suficiente para que a fração elétrica no consumo de energia do sistema seja importante e passe a merecer mais atenção. Esta dissertação visa a estudar estratégias para minimizar o consumo de energia elétrica auxiliar. O trabalho foi desenvolvido através da simulação do atendimento de uma residência unifamiliar, habitada por cinco pessoas, com um consumo de água quente variável ao longo do dia e igual para todos os dias do ano. Empregou-se para as simulações de todos os casos estudados, o software TRNSYS em sua versão 14.2, (KLEIN, 1997) que demonstrou eficácia e coerência nos resultados obtidos Ao longo do trabalho foram simulados mais de setecentos casos, variando-se parâmetros como área de coletores, volume do reservatório, potência elétrica, dentre outros. Com os resultados obtidos nas simulações foram elaboradas tabelas e gráficos dos quais foi possível retirar algumas conclusões relevantes tais como a dependência do consumo de energia auxiliar com o volume do reservatório, número de coletores, potência da resistência de aquecimento e sua altura, bem como a altura do termostato. A partir dos resultados deste trabalho foi possível a elaboração de uma série de recomendações relativas a estudo e a projeto de sistemas de aquecimento solar de água quente para uso doméstico, visando à otimização na utilização do sistema de energia auxiliar.

Padrões de consumo de energia elétrica em diferentes tipologias de edificações residenciais, em Porto Alegre

O setor residencial no Brasil consome cerca de 24% do total da energia elétrica consumida no país, e a maior parcela desta demanda se concentra nos grandes centros urbanos. Os fatores atrelados à demanda de energia elétrica deste setor são extremamente complexos e variados. A atualização de dados, o seu conhecimento, entendimento e verificação de suas relações são de extrema importância para a programação de ações, tanto visando o suprimento deste mercado, como para aquelas que busquem a otimização do uso de energia elétrica. O presente trabalho de pesquisa envolve a análise e o estudo do consumo de energia elétrica do setor residencial, onde são analisados os múltiplos aspectos relacionados ao consumo de energia elétrica de dez diferentes tipologias de edificação de uso residencial, escolhidas em uma área de 1.500 ha, situada na zona sul da cidade de Porto Alegre. Procurou-se também estabelecer relações entre as tipologias de edificação escolhidas para análise e os respectivos consumos de energia elétrica. Buscou-se ainda verificar qual o peso desta relação frente aos demais aspectos relacionados com o consumo de energia elétrica, tais como renda familiar, densidade habitacional e hábitos de uso entre outros. Concluiu-se que a correlação, entre as variáveis relacionadas com as tipologias e o consumo de energia elétrica se apresentou muito baixa. No entanto a correlação entre os valores médios das diversas variáveis estudadas e o consumo de energia elétrica se apresentou bastante alto.

Gestão de utilidades na indústria : uma abordagem sistêmica

O trabalho em questão aborda o tema da necessidade de redução dos custos operacionais das indústrias utilizando-se de um método de gestão mais eficaz de utilidades, mais especificamente dos insumos naturais energia elétrica, água e gás ou óleo combustível, além do descarte de efluentes líquidos e rejeitos sólidos. O objetivo do mesmo é, através de um conjunto de metodologias e roteiros de pesquisa, gerar um programa de gestão de utilidade mais eficiente para as indústrias. Para isto, a abordagem do problema seguiu a metodologia da transparência, que fornece passos específicos para a análise. O embasamento teórico do trabalho seguiu a teoria da dinâmica de sistemas, fundamental na análise das variáveis envolvidas nos processos consumidores dos insumos naturais e de suas relações, seus loops de reforço e de feedback, seus estoques e fluxos dinâmicos. A aplicação do trabalho baseou-se em um estudo de caso feito em uma montadora de automóveis, no qual os dados foram colhidos e trabalhados e as sugestões de melhorias testadas. A estrutura do trabalho aborda primeiramente uma revisão bibliográfica sobre a metodologia da transparência e uma completa revisão sobre as mais diversas metodologias de análise através da dinâmica de sistemas e suas ferramentas. Após a revisão bibliográfica, partiu-se para um levantamento, através de questionários não estruturados, análise de documentação e entrevistas em campo. Os dados colhidos foram utilizados na montagem de diagramas causais e de estoques e fluxos, que evidenciaram as oportunidades de atuação para racionalização do uso. Uma vez montado o diagrama integrado, foram deduzidas as ações necessárias que basearam o plano de gerenciamento das utilidades, que por sua vez foi submetido a um comitê de gerentes e executivos responsáveis por este assunto na montadora referida. Algumas ações foram consideradas inviáveis e aquelas consideradas satisfatórias foram apresentadas como o resultado final do trabalho, constituindo assim a aferição da metodologia de obtenção de um plano de gestão de utilidades na indústria.

Relação entre o consumo de energia elétrica, a renda e a caracterização econômica de famílias de baixa renda do município de São Paulo

Esta pesquisa teve como principal objetivo examinar a relação entre Consumo de Energia Elétrica e Renda Familiar nos domicílios do município de São Paulo. Investigou-se a utilidade do consumo de energia elétrica como base para um indicador que possibilite a extensão e o refinamento do Critério de Classificação Econômica Brasil para estimar o poder de compra da população em geral. A pesquisa dividiu-se em dois níveis de investigação. O primeiro, domiciliar, para o qual foram utilizados três conjuntos de dados oriundos de pesquisas domiciliares (Pesquisa ABRADEE, Pesquisa de Posses e Hábitos do PROCEL, e Pesquisa de Microcrédito da Baixa Renda da FGV-EAESP). O segundo nível, territorial, investigou indicadores de renda, consumo de energia elétrica e classe econômica agregados por áreas de ponderação (conjunto de setores censitários), e utilizou microdados do Censo Demográfico 2000 do município de São Paulo em conjunto com a base de domicílios da AES Eletropaulo. A investigação domiciliar mostrou que não há vantagens na substituição plena da aplicação do Critério Brasil pela coleta de indicadores de consumo de energia elétrica em levantamentos domiciliares. No entanto, o uso combinado do Critério Brasil, do valor da conta de luz e do número de pessoas (ou número de dormitórios) no domicílio apresenta benefícios na classificação da renda (os gráficos de ganhos das árvores de classificação combinadas aproximam-se mais da distribuição real da renda, apesar de o coeficiente de explicação da renda aumentar apenas de 0,577 para 0,582). Além disso, ao contrário do que se especulava, para a baixa renda a associação entre renda e consumo de energia elétrica mostrou-se fraca, apesar de o coeficiente de explicação da renda aumentar de 0,222 para 0,300 quando incorporamos o consumo de energia elétrica e o número de pessoas ao modelo de regressão da renda pelo Critério Brasil. Em nível territorial, as relações entre Renda, Consumo de Energia Elétrica e Classificação Econômica do Critério Brasil mostraram-se muito fortes (os coeficientes de explicação da renda atingiram valores de 0,912 a 0,960), permitindo que medidas de consumo médio de energia elétrica agregadas em áreas de ponderação sejam ótimos indicadores regionais de concentração de renda e classificação econômica dos domicílios para o município de São Paulo. Por serem atuais, disponíveis e de atualização mensal, os indicadores de consumo de energia elétrica, quando disponibilizados pelas empresas de distribuição de energia, podem ser de grande utilidade para empresas de mercado, como subsídio a estratégias que necessitem de informações de classificação, concentração e previsão da renda domiciliar.

Indicadores de renda baseados em consumo de energia elétrica: abordagens domiciliar e regional na perspectiva da estatística espacial

Com o objetivo de avaliar o uso do consumo de energia elétrica como indicador socioeconômico, esta pesquisa analisa informações em dois níveis de agregação geográfica. No primeiro, sob perspectiva territorial, investiga indicadores de Renda e Consumo de Energia Elétrica agregados por áreas de ponderação (conjunto de setores censitários) do município de São Paulo e utiliza os microdados do Censo Demográfico 2000 em conjunto com a base de domicílios da AES Eletropaulo. Aplica modelos de Spatial Auto-Regression (SAR), Geographically Weighted Regression (GWR), e um modelo inédito combinado (GWR+SAR), desenvolvido neste estudo. Diversas matrizes de vizinhança foram utilizadas na avaliação da influência espacial (com padrão Centro-Periferia) das variáveis em estudo. As variáveis mostraram forte auto-correlação espacial (I de Moran superior a 58% para o Consumo de Energia Elétrica e superior a 75% para a Renda Domiciliar). As relações entre Renda e Consumo de Energia Elétrica mostraram-se muito fortes (os coeficientes de explicação da Renda atingiram valores de 0,93 a 0,98). No segundo nível, domiciliar, utiliza dados coletados na Pesquisa Anual de Satisfação do Cliente Residencial, coordenada pela Associação Brasileira dos Distribuidores de Energia Elétrica (ABRADEE), para os anos de 2004, 2006, 2007, 2008 e 2009. Foram aplicados os modelos Weighted Linear Model (WLM), GWR e SAR para os dados das pesquisas com as entrevistas alocadas no centróide e na sede dos distritos. Para o ano de 2009, foram obtidas as localizações reais dos domicílios entrevistados. Adicionalmente, foram desenvolvidos 6 algoritmos de distribuição de pontos no interior dos polígonos dos distritos. Os resultados dos modelos baseados em centróides e sedes obtiveram um coeficiente de determinação R2 em torno de 0,45 para a técnica GWR, enquanto os modelos baseados no espalhamento de pontos no interior dos polígonos dos distritos reduziram essa explicação para cerca de 0,40. Esses resultados sugerem que os algoritmos de alocação de pontos em polígonos permitem a observação de uma associação mais realística entre os construtos analisados. O uso combinado dos achados demonstra que as informações de faturamento das distribuidoras de energia elétrica têm grande potencial para apoiar decisões estratégicas. Por serem atuais, disponíveis e de atualização mensal, os indicadores socioeconômicos baseados em consumo de energia elétrica podem ser de grande utilidade como subsídio a processos de classificação, concentração e previsão da renda domiciliar.

Aplicação do modelo discreto-contínuo para o caso da escolha do sistema de aquecimento de água domiciliar e o efeito sobre o consumo de energia elétrica

O objetivo deste trabalho passa por entender o impacto dos fatores não observáveis na escolha do sistema de aquecimento de água na intensidade do consumo de eletricidade domiciliar. Para isto será aplicado um modelo discreto-contínuo para entender o efeito da escolha discreta do tipo de aquecimento de água domiciliar sobre o consumo de energia elétrica do mesmo domicílio, escolha contínua. Primeiramente foi usado um modelo LOGIT e por meio deste foram entendidos os fatores que influenciam a escolha discreta do consumidor. Com os resultados encontrados na escolha discreta, temos em um segundo momento que constatar se esta escolha é significante para a intensidade do consumo de energia elétrica. Os resultados obtidos usando o método de Hausmann demonstraram que ignorar este fator (escolha discreta) pode levar a estimadores viesados para a parte contínua do modelo, ou seja, a escolha discreta é significante e ajuda a explicar o consumo de energia elétrica domiciliar. Os resultados mostraram que temos diferenças de até 10% no estimador obtido quando ignoramos este fator. É importante notar que este tipo de falha no cálculo, pode trazer problemas na decisão e na quantidade de investimento de um país. Além disso, os resultados reforçaram e ratificaram o trabalho desenvolvido por Dubbin e McFadden (1984) que foram usados como base para o estudo.

Relação entre stakeholders, recursos estratégicos e sustentabilidade em uma organização atuante na cadeia de valor da indústria brasileira de energia eólica

This paper approaches the strategy in business management and aimed at identifying and outlining the interests and commitment of stakeholders in strategic resources management concerning production and implementation of wind turbine equipment of a Brazilian wind power company and also verifying if internal and external results deriving from such activities were sustainable, taking as main reference seminal publications and periodicals relevant to the research point that discuss the Resource Theory, Stakeholders and Sustainability. An analysis was carried out to assess how stakeholders, beyond the temporal context, intermediated the composition, development and management of the organization´s resources, as well as the social, environmental and economic results obtained from resources management in the production and supply of wind turbines to a Wind Power Plant located in the State of Ceara, in order to portray that Brazil sustainability can be an important competitive advantage source that creates value for shareholders and the community (Hart & Milstein, 2003). The strategy herein applied was the qualitative investigation using a single study case, which allowed for the thorough examination of an active organization operating in the Brazilian industry of wind power and also the resources used in the production and implementation of wind turbines supplied to the a Wind Power Plant in Ceara. Considering the content analysis and the triangulation principle, three qualitative data collection methods were applied to identify and characterize stakeholders’ interest and commitment in resource management of the organization operating in the Brazilian wind power industry, as follows, semistructured deep interview with managers of tactic-strategic level and analysts of organization´s value chain nine activities, analysis of public internal and external documents; and analysis of audio-visual material. Nonetheless, to identify the internal and external economic, social and environmental results of implementation and supply of wind turbines to the Wind Power Plant in Ceara, semistructured interviews were also carried out with the residents of the region. Results showed the BNDES (Brazilian Development Bank) and the organization head office were the stakeholders who exerted the strongest influence on resources related to production and implementation of the aerogenerator product at Trairi Wind Plant in Ceara. Concerning the organization resources, at the current stage of the Brazilian Wind Industry ,although the brand, reliability and reputation of the organization under study were valuable esources, rare, hard to imitate and exploited by the organization, it was noticed that opposed to RBV, they did not actually represent a source of competitive advantage . For the local community the social, economic and environmental results related to the wind turbines implementation were more positive than negative, despite the fact that the productive process caused negative environmental impacts such as the high emission of CO2 to transport wind turbines components to Trairi Wind Power Plant.

Mapeamento dos conflitos de consumo de energia elétrica: Um estudo de caso no estado do Rio de Janeiro

Este 1º livro é parte integrante do projeto “Programa de Prevenção, tratamento e redução de litígios de consumo no setor elétrico”, que teve como objetivo entender a conjuntura dos conflitos e criar mecanismos de comparação do quantitativo destes conflitos no Judiciário, na Agência reguladora (ANEEL) e nos Órgãos de defesa do consumidor (Procons) vivenciados pelos consumidores em diferentes estados do nosso país (“Mapeamento dos conflitos”). Na “Desk research” foram apontadas as hipóteses, na perspectiva da empresa, causadoras dos litígios e conflitos com os consumidores.