Medição & Verificação Santiago, novembro.2008. 2 Tópicos Histórico Documentação Conceitos...

Agenor Gomes Pinto Garcia

Medição & Verificação

Santiago, novembro.2008

2


Tópicos

Histórico Documentação Conceitos Opções de M&V Estudo de exemplos Planejamento de M&V Estrutura de plano de M&V

3


Histórico

Viabilização de contratos de performance

Acordo entre ESCO e dono da instalação Onde, quando e o que medir Como calcular as economias

Cada parte deve garantir a área sob sua responsabilidade ESCO: desempenho dos equipamentos Dono da instalação: operação

adequada

4


Histórico - 2

Thomas Edison Serviço x energia Economia: paga a redução do consumo

1980s Primeiros modelos de contratos de ESCos

1990s GLD: gerenciamento pelo lado da

demanda 1996: 1ª edição IPMVP - North American

Energy Measurement and Verification Protocol (international em dez.97)

5


Histórico - 3

2002 IPMVP – organização independente do

DOE – US 2004

EVO - Efficiency Valuation Organization www.evo-world.org

2007 Concepts and Options for Determining

Energy and Water Savings, Volume I

http://www.evo-world.org/

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Documentação

IPMVP Volume I: Concepts and Options for Determining Energy and Water Savings

IPMVP Volume II: Concepts and Practices for Improved Indoor Environmental Quality

IPMVP Volume III: Aplications I - Concepts and Options for Determining

Energy Savings in New Construction II - Concepts and Practices for Determining

Energy Savings in Renewable Energy Technologies Applications, 2003

7


Documentação - 2

ASHRAE Guideline 14-2002: Measurement of Energy and Demand Savings

PROCEL. Guia de Medição e Verificação. 2007.

WALTZ, J. P. Management, Measurement & Verification of Performance Contracting. Lilburn-GA: The Fairmont Press, Inc., 2003.

8


Medição & Verificação

temporeforma

Energia desempenho anterior

desempenho posterior

projeção do desempenho anterior

economia

Período base Pós-reforma

Condições de operação

9


M&V – problema

“não é possível medir economia de energia!” WALTZ, 2003, p. 270; PROCEL, 2007, p. 16

Medições Período base (normalmente, antes da

reforma – baseline period) Período relatado (reporting period)

S B P ajustes

10


Início

Economias calculadas pela conta de energia já com correções de variáveis de

influência (clima, ocupação, produção, etc.)

Dificuldades mensuração das variáveis de influência pequeno porte das medidas

implementadas compartilhamento dos sistemas

modificados

11


Novas técnicas

“Isolar” a medida

Instalação

Energia ServiçoÁrea isolada

fronteira de medição

12


Medida isolada

Variáveis independentes Parâmetro que se espera mudar

regularmente e tem um impacto mensurável no consumo de energia

Fatores estáticos Características da instalação que afetam

o consumo de energia dentro da fronteira de medição, mas que se espera não variar. Inclui características ambientais, operacionais e de manutenção.

13


Opções de M&V

Opção A: isolada, mensuração de parâmetros chave

Opção B: isolada, medição de todos os parâmetros

Opção C: toda a instalação Opção D: simulação calibrada

Início

Instalação ou medida individual?

Pode ser isolada

por medidores

?

Medida individual

Economia

> 10%?

Instalação

Não

Necessária demonstração

total de performance?

Sim

Instalar medidores para todos os

parâmetros e estimar efeitos interativos

Sim

Faltam dados período base ou relatado?

Opção BIsolação da

reformaTodos os

parâmetros medidos

Instalar medidores para parâmetros-chave, estimar os demais e efeitos

interativos

Opção AIsolação da

reformaParâmetros-

chave medidos

Não

Opção D Modelo calibrado

Opção CInstalação completa


Não Não

Necessária avaliação separada medidas?

Analisar dados principais medidores

Sim

Modelar sistema ou instalação

Não

Sim Sim

Calibrar modelo

Obter dados para calibração

Calibrar com e sem medidas

Não

Sim

Opção de M&V

15


Exemplo – opção A

CCM

M Energia elétrica

Energia mecânic

a

Energia hidráulic

a

Vazão requerida

pelo processo


16


Opção A - características

Vazão constante -> opção A Variáveis independentes

potência do motor tempo de funcionamento

Fatores estáticos vazão para o processo perdas na tubulação densidade do líquido rendimento da bomba

17


Opção A – linha de base

95

96

97

98

99

100

101

qua 10h qua 16h qua 22h qui 4h qui 10h qui 16h qui 22h sex 4h

[kW

]

P Pmed

18


Opção A – linha de base (2)

Dados nominais

Potência cv 175

Rotação rpm 1750 Pólos 4

Tensão V 440

Corrente A 220

Dados de operação Média Máximo Mínimo DesvPad

Potência kW 98,1 99,3 96,4 0,6

Tensão V 450,5 458,8 442,0 3,4

Corrente A 162,7 164,7 160,3 0,9

Fator potência 1 0,77 0,78 0,76 0,004

Carregamento 1 0,71 0,72 0,70 0,004

Rendimento 1 0,94 0,94 0,94 0,0001

Potência mecânica

cv 124,9 126,5 122,7 0,8

Funcionamento h/ano 7500

19


Opção A – fatores estáticos

D 362 mm

Rendimento 80,5%

D 329 mm

Rendimento 78%

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 100 200 300 400 500 600 700

Q [m3/h]

H [

m]

D 362 mm Rendimento 80,5% D 329 mm Rendimento 78%

20


Opção A – variáveis medidas

Variáveis medidas

Período

Medição

Forma TempoEquipament

o

Potência do motor

BasePotência trifásica

1 semanaAnalisador grandezas elétricas

Relatado

Potência trifásica

1 semana após reforma

Analisador grandezas elétricas

Potência monofásica

1 minuto, a cada 6 meses

Wattímetro alicate

21


Opção A – variáveis estimadas

Variáveis estimada

s Período

Medição

Forma TempoEquipament

o

Tempo de operação

BasePeríodo motor ligado

1 semana


RelatadoPeríodo motor ligado



Op

ção A

– f

ato

res

está

ticos

Fatores estáticos PeríodoEstimativa

Acompanhamento Evidência

Vazão do sistema

BaseNível do tanque superior

Acompanhar durante período medição motor

RelatadoNível do tanque superior

Acompanhar durante período medição motor

Desempenho da bomba

BaseDados de placa, estado geral

Documentar com foto

RelatadoDados de placa, estado geral

Conferir e documentar com foto

Desempenho da tubulação

Base Estado da tubulaçãoDocumentar com foto

Relatado Estado da tubulaçãoConferir e documentar com foto

Densidade do líquido

Base Cor e turbidezConferir e documentar com foto

Relatado Cor e turbidezConferir e documentar com foto

Desempenho do motor

BaseDados de placa, estado geral

Documentar com foto

RelatadoDados de placa, estado geral, medição de potência

Conferir e documentar com foto

23


Opção A – período relatado

Pós-reforma Estimada Medida Variação

Potência nominal

cv 150 150 0%

Funcionamento

h/ano 7.500 7.690 3%

Carregamento

1 0,83 0,83 -0,02%

Rendimento 1 0,95 0,95 -0,001%

Potência kW 96,82 96,80 -0,02%

Economia kW 1,28 1,30 1%

Economia anual

MWh 9,60 9,99 4%

24


Opção A - resultados

S B P ajustes S Consumo evitado MWh/ano

B Consumo no período base MWh/ano

P Consumo no período relatado MWh/ano

ajustesAjustes na linha de base necessários para levar em consideração alterações de parâmetros ocorridas entre o período base e o relatado

MWh/ano

25


Opção A – resultados (2)

S B P ajustes

B MWh/ano 735,74

P MWh/ano 744,39

ajustes MWh/ano 18,64

S MWh/ano 9,99

26


Opção A - ajustes

b b

r r

b r b

b b r r b r b b r r

B P h

P P h

ajuste P h h

S B P ajuste P h P h P h h P P h

Pb Potência no ano-base MW

hb Funcionamento no período base h/ano

Pr Potência no período pós-reforma MW

hr Funcionamento no período pós-reforma h/ano

27


Exemplo – opção BCCM

M

Energia mecânica

Energia hidráulica

Vazão requerida

pelo processo

FI

Energia elétrica


28


Opção B - descrição

Reforma da fábrica – vazão não mais constante como calcular as economias?

Substituição da tubulação Ajuste do rotor da bomba Troca do motor

29


Opção B – ajuste do rotor

D 362 mm

Rendimento 80,5%

D 329 mm

Rendimento 78%

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 100 200 300 400 500 600 700

Q [m3/h]

H [

m]

D 362 mm Rendimento 80,5% D 329 mm Rendimento 78%

30


Opção B - características

Vazão variável -> opção B Variáveis independentes

vazão do processo tempo de funcionamento

Fatores estáticos perdas na tubulação densidade do líquido rendimento da bomba rendimento do motor

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Opção B – linha de base

h

est p

P Q H

H h h

Ph Potência hidráulica W

Peso específico do líquido N/m3

Q Vazão do líquido m3/s

H Altura dinâmica do sistema m

hest Altura estática do sistema m

hpAltura correspondente às perdas na tubulação

m

D 362 mm

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0 100 200 300 400 500 600 700Q [m3/h]

H [

m]

32


Opção B – linha de base (2)

Q hest hp H Hb g Ph b Pb m Pm

m3/h m m m m N/m3 kW 1 kW 1 kW

250 27,5 5 32,5 66 9810 45,0 0,68 66,1

0,922 71,7

300 27 7,2 34,2 65 9810 53,1 0,76 69,9

0,926 75,5

350 26,5 9,8 36,3 63 9810 60,1 0,79 76,1

0,931 81,7

400 26 12,8 38,8 60 9810 65,40,80

581,2

0,933

87,0

450 25,5 16,2 41,7 58 9810 71,1 0,81 87,8

0,936 93,8

500 25 20 45 55 9810 74,9 0,81 92,5

0,937 98,7

33


Opção B – projeção



250 27,5 2,3 29,8 54 9810 36,8 0,73 50,4

0,939 53,7

300 27 3,3 30,3 52 9810 42,5 0,77 55,2

0,940 58,7

350 26,5 4,5 31,0 51 9810 48,6 0,78 62,4

0,941 66,3

400 26 5,9 31,9 48 9810 52,3 0,79 66,2

0,941 70,4

450 25,5 7,5 33,0 45 9810 55,2 0,79 69,8

0,941 74,2

500 25 9,3 34,3 42 9810 57,2 0,79 72,4

0,941 77,0

34


Opção B – estimativa de ganhos

Vazão Tempo Situação atualSituação pós-

reformaEconomia estimada

m3/h h/ano kWMWh/ano

kWMWh/ano

kWMWh/ano

250 a 350

2000 75,5 151,0 58,7 117,5 16,8 33,5

350 a 450

3000 87,0 261,1 66,3 198,9 20,7 62,2

450 a 550

2500 98,7 246,7 70,4 176,0 28,3 70,8

Total 7500 658,9 492,4 166,5

35


Opção B – variáveis medidas

Variáveis medidas

Período

Medição

Forma Tempo Equipamento

Potência do motor

BasePotência trifásica

1 semanaAnalisador grandezas elétricas

Relatado

Potência trifásica



Potência monofásica

1 minuto, a cada 6 meses

Wattímetro alicate

Tempo de operação

BasePeríodo motor

ligado1 semana


RelatadoPeríodo motor

ligadoConstantemen

teRegistro

medidor vazão

Vazão do sistema

Base Valor lido 1 semana Medidor vazão

Relatado Valor lido1 semana após

reformaMedidor vazão

Op

ção B

– f

ato

res

está

ticos

Fatores estáticos PeríodoEstimativa


Desempenho da bomba

BaseDados de placa,

estado geralDocumentar com

foto

RelatadoDados de placa,

estado geral

Conferir e documentar com

foto


Base Estado da tubulaçãoDocumentar com

foto

Relatado Estado da tubulaçãoConferir e

documentar com foto


Base Cor e turbidezConferir e

documentar com foto

Relatado Cor e turbidezConferir e

documentar com foto

Desempenho do motor

BaseDados de placa,

estado geralDocumentar com

foto


estado geral, leitura da potência


foto

37


Opção C - exemplo

Pequeno aeroporto Terminal de passageiros e hangares Condicionamento ambiental - feito

por aparelhos de janela troca de unidades substituição por unidades split vedação dos caixilhos manutenção preventiva

Reforma já prevista pelo dono da instalação

38


Caracterização da instalação

MediçãoLight

13,8kV, Light

220 V112,5 kVA

220 V500 kVA

Barra I

Diversos trafos ecargas

220 V112,5 kVA

500 kVA220 V

TPS 1

Barra II

TPS 2

39


Correlação TPS x aeroporto

50

100

150

200

250

300

350

400

0 h sex 12 h sex 0 h sáb 12 h sáb 0 h dom 12 h dom 0 h seg

[kW

]

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

[kW

]

Aeroporto TPS

40


Correlação consumo x temperatura

y = 1614,7x - 14613

R2 = 0,6314

15

20

25

30

35

40

20 21 22 23 24 25 26 27 28

[oC]

[MW

h/m

ês

]

41


Medições

Instalação de 2 medidores nos transformadores de 500 kVA

Aceita a linha de base a partir dos gráficos anteriores

1615 14613,5 c ambB t

Bc Consumo do período base corrigido MWh

tambTemperatura ambiente média do mês

oC

42


Resultados opção C – mês exemplo

Consumo atual 21,5 MWh

Temperatura 25 oC

Consumo base 24 MWh

Consumo base corrigido

25,8 MWh

Ajuste 1,8 MWh

Economia 4,3 MWh

43


Variáveis independentes e fatores estáticos

Variáveis independentes temperatura ambiente

Fatores estáticos demais instalações do TPS

Opção D – novo sistema de bombeamento

CCM

Energia hidráulica

Vazão requerida

pelo processo

FTC

Energia elétrica

Sinal de controle

Energia mecânica


45


Opção D - características

Modelo deve ser “calibrado” Reforma

tubulação de maior diâmetro bomba eficiente motor eficiente acionador de velocidade ajustável

(AVA)

Início

Instalação ou medida individual?

Pode ser isolada por medidores?

Medida individual

Economia > 10%?

Instalação

Não

Necessária demonstração

total de performance?

Sim

Instalar medidores para todos os

parâmetros e estimar efeitos interativos

Sim


Opção BIsolação da

reformaTodos os

parâmetros medidos

Instalar medidores para parâmetros-chave, estimar os demais e efeitos

interativos

Opção AIsolação da

reformaParâmetros-

chave medidos

Não

Opção D Modelo calibrado

Opção CInstalação completa


Não Não

Necessária avaliação separada medidas?

Analisar dados principais medidores

Sim

Modelar sistema ou instalação

Não

Sim Sim

Calibrar modelo

Obter dados para calibração

Calibrar com e sem medidas

Não

Sim

Escolh

a d

a o

pção d

e M

&V

47


Opção D – linha de base

IPMVP, vol. 3 (novas instalações): Conveniência

apropriada ao projeto e aos objetivos de M&V normas e padrões práticas padrão ou de mercado

Rigor detalhada para servir aos propósitos de M&V isolação da reforma: sistemas e

equipamentos devem ter sua performance bem definida

instalação completa: modelos completos Repetibilidade

48


Opção D – projeção



250 27,5 2,3 29,8 29,8 9810 20,3 0,69 29,4

0,914 32,2

300 27 3,3 30,3 30,3 9810 24,8 0,75 33,1

0,924 35,8

350 26,5 4,5 31,0 31,0 9810 29,6 0,79 37,5

0,931 40,2

400 26 5,9 31,9 31,9 9810 34,8 0,82 42,4

0,935 45,4

450 25,5 7,5 33,0 33,0 9810 40,5 0,83 48,7

0,938 51,9

500 25 9,3 34,3 34,3 9810 46,7 0,84 55,6

0,940 59,1

49


Opção D – estimativa de ganhos

Vazão Tempo Situação atualSituação pós-

reformaEconomia estimada

m3/h h/ano kWMWh/ano

kWMWh/ano

kWMWh/ano

250 a 350

2000 75,5 151,0 35,8 71,6 39,7 79,4

350 a 450

3000 87,0 261,1 40,2 120,7 46,8 140,3

450 a 550

2500 98,7 246,7 45,4 113,4 53,3 133,3

Total 7500 658,9 305,7 353,1

50


Opção D – variáveis medidas

Variáveis medidas

Período

Medição

Forma Tempo Equipamento

Potência do motor

RelatadoPotência trifásica

Constante-mente

AVA

Tempo de operação

RelatadoPeríodo motor ligado

Constante-mente

AVA

Vazão do sistema

RelatadoValor

registradoConstante-

menteAVA

51


Opção D – fatores estáticos

Fatores estáticos

Período

Estimativa


Desempenho da bomba


estado geral


foto


Relatado Estado da tubulaçãoConferir e

documentar com foto


Relatado Cor e turbidezConferir e

documentar com foto

Desempenho do motor

Relatado

Dados de placa, estado geral,

acompanhamento da potência


foto

52


Planejamento e desenvolvimento de M&V

Início do planejamento Fase de levantamento de dados

Dados históricos Linha de base preliminar Instalação de medidores Variáveis de influência e garantias

Valores a medir Somente os que reduzam a incerteza

Verificar relação custo-benefício

53

Agenor Gomes Pinto GarciaPlanejamento e desenvolvimento de M&V (2) Parâmetros de influência

Variáveis independentes Fatores estáticos

Fronteiras de medição Medidores delimitam fronteiras Fronteiras menores: mais influências Fronteiras maiores: mais medidores

Extensão da medição Até a constância da medição

54

Agenor Gomes Pinto GarciaPlanejamento e desenvolvimento de M&V (3) Linha de base

Correlação com variáveis independentes

Ajuste da linha de base Rotineiros (variáveis independentes) Não rotineiros (fatores estáticos)

Equipamentos de medição Confiabilidade metrológica Incerteza

55

Agenor Gomes Pinto GarciaPlanejamento e desenvolvimento de M&V (4) Custos de medição

Considerar todos os componentes: engenharia, equipamento, calibração, operação, análise, software, etc.

Relatórios Estabelecer forma e periodicidade

56


Estrutura de Plano de M&V

Descrição da reforma, seu propósito e impacto sobre os usuários

Fronteira de medição e efeitos interativos com o exterior da fronteira

Opção de M&V Variáveis independentes e fatores estáticos Plano de monitoração dos fatores estáticos Linha de base Seleção do período relatado Pontos de medição, especificações e

procedimentos de operação e manutenção Procedimentos de controle de qualidade Custos esperados Formato e freqüência dos relatórios

57


Tópicos abordados

Histórico Documentação Conceitos Opções de M&V Estudo de exemplos Planejamento de M&V Estrutura de plano de M&V

[email protected]@terra.com.b

r

58

Obrigado! Gracias!


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