Modulo 7a_Eficiência energética - Ações para eficientização energética

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Curso de Introdução ao SaneamentoCurso de Introdução ao Saneamento
Módulo VII Módulo VII –– Eficiência EnergéticaEficiência Energética
Parte A Parte A –– Ações para Eficientização EnergéticaAções para Eficientização Energética
130/10/2008
Ivan V. PedrosaIvan V. Pedrosa
Outubro de 2008Outubro de 2008
Versão 29out08Versão 29out08
Ações para Eficientização EnergéticaAções para Eficientização Energética
TópicosTópicos
1 – Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 – Programas de Eficientização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 - Constatações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4 - Cargas Elétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5 - Motores de Indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
230/10/2008
5 - Motores de Indução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
6 - Conjuntos Motor-Bomba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
7 - Correção do Fator de Potência (fp) . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 56
8 – Inspeções nas Instalações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
9 – Ações para Eficientização. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
Anexo I – Causas de Anormalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Anexo II – Termos mais Usados em Bombeamento. . . . . . . . . . . . . 91
Anexo III – Referências Bibliográficas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Extras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Agenda Agenda -- Turma ATurma A
Tópico Descrição Data Período
1 Introdução
17/10
sexta 08/12h
2 Programas de Eficientização
3 Constatações
4 Cargas Elétricas
5 Motores de Indução
330/10/2008
6 Conjuntos Motor-Bomba
22/10
quarta 14/18h
7 Correção do Fator de Potência (fp)
8 Inspeções nas Instalações
9 Ações para Eficientização
Total 8 horas
Agenda Agenda -- Turma BTurma B
Tópico Descrição Data Período
1 Introdução
17/10
sexta 14/18h
2 Programas de Eficientização
3 Constatações
4 Cargas Elétricas
5 Motores de Indução
430/10/2008
6 Conjuntos Motor-Bomba
28/10
terça 14/18h
7 Correção do Fator de Potência (fp)
8 Inspeções nas Instalações
9 Ações para Eficientização
Total 8 horas
1 – Introdução
Ações para Eficientização Energética
Oportunidades
• Apoio / Incentivo / Orientações do PROCEL e do PROCEL SANEAR
• Recursos disponibilizados pelo PAC
• Evolução tecnológica
Desafios
• Sobrevivência das empresas
• Ganhos de produtividade
530/10/2008
• Ganhos de produtividade
• Preservação do meio ambiente / redução dos impactos ambientais
Ações prioritárias
• Diagnóstico periódico
• Redução das perdas
• Redução de custos
• Racionalização dos processos
• Atualização dos equipamentos
• Uso racional da água
• Proteção dos mananciais
Desafios / Características Gerais dos Sistemas de 
Abastecimento (SAA’s) e de Esgotamento Sanitário (SES’s)
• Distâncias cada vez maiores dos mananciais aos centros de consumo
• Mananciais cada vez mais sujeitos a contaminação
• Limitações/ custo do espaço físico nos centros urbanos
• SAA’s: consumidor de água, energia e produtos químicos
• SES’s: consumidor de energia
• Atividade essencial
• Custo social da interrupção do fornecimento
• Exigências dos consumidores
630/10/2008
• Exigências dos consumidores
• Evolução tecnológica de equipamentos, instrumentação, controle e
automação de processos
• Compromisso das empresas de saneamento a 100 % das habitações em 
sua área de concessão
“É mais fácil diagnosticar os
problemas do que combatê-los.”
2 - Programas de Eficientização
PROCEL - Programa Nacional de Conservação de
Energia Elétrica (Eletrobras)
PROCEL SANEAR - Programa Nacional de Eficiência 
Energética no Saneamento Ambiental (Eletrobras)
PNCDA – Programa Nacional de Combate ao 
730/10/2008
PNCDA – Programa Nacional de Combate ao 
Desperdício de Água (Ministério das Cidades)
PMSS – Programa de Modernização do Setor 
Saneamento (Ministério das Cidades)
830/10/2008
3 - Constatações
• Redução dos subsídios
• Envelhecimento das instalações
• Expansões desordenadas
• Topografia acidentada da rede
• Ausência da medição ou medição deficiente
• Perdas de água: 40% a 70 %
• Custos de produção
930/10/2008
• Custos de produção
• Consumo de água→ consumo de energia elétrica
• Vazamento proporcional a pressão
Combate às Perdas – uma das medidas fundamentais para
garantir a sustentação econômica das empresas
Maiores perdas de energia elétrica: estações elevatórias
No mundo, o setor de saneamento representa cerca de 7 %
do consumo de energia elétrica
Energia elétrica: segunda posição nos custos operacionais
Primeira posição: folha de pagamento
1030/10/2008
Primeira posição: folha de pagamento
SNIS - SISTEMA NACIONAL
DE INFORMAÇÕES SOBRE SANEAMENTO
Fatores que Causam Desperdícios de Energia Elétrica
• Formas contratuais indevidas
• Perdas de água
• Erros de concepção de projetos
• Mau dimensionamento dos sistemas SAA’s
• Idade avançada dos equipamentos
• Tecnologias mal utilizadas
• Sistema elétrico limitado
1130/10/2008
Perda d’água por 
fraude do cliente
• Sistema elétrico limitado
• Manutenções precárias
• Procedimentos operacionais inadequados
• Limitações da oferta de água
Perda d’água por 
deficiência de 
controle do nível de 
armazenamento 
1230/10/2008
Água: se não racionalizar, vai faltar.
4 - Cargas Elétricas
Cargas Elétricas nas Instalações de Saneamento
• Motores (força motriz)
• Iluminação
• Demais tipos de cargas
Transformador 
Usinas
SubestaçãoLinhas Transmissão
Subestação
Sistema de 
Distribuição
Sistema de Transmissão Sistema de
Geração
Sistema 
Elétrico
1330/10/2008
Consumidor
Elétrico
Tipos de Carga Industriais
1430/10/2008
As cargas do tipo força motriz são maioria no consumo industrial
49 % do consumo das indústrias são cargas de motores
Consumo dos conjuntos motor-bomba em saneamento corresponde a 90 %
Estrutura de Consumo por Tipo de Carga Industrial
Estrutura de consumo por gênero de carga
51% - Motores
2% - Iluminação
6% - Refrigeração
20% - Aquecimento
1530/10/2008
20% - Processos 
Eletroquímicos
Maiores cargas de tração na indústria: 
Bombas, ventiladores, compressores e acionamentos.
Distribuição das Potências dos Motores em Operação 
Distribuição das potências dos motores em 
operação
38% - Motores 
de 1 a 10 cv
12% - Motores de 
100 a 300 cv
2% - Motores de até 1 cv 8% - Motores 
acima de 300 cv
1630/10/2008
14% - Motores de 
40 a 100 cv
26% - Motores de 
10 a 40 cv
Força Motriz – Constatações
• Utilização de motores super-dimensionados
• Motores operando desnecessariamente em vazio
• Obsolescência tecnológica
• Tensão fora da faixa estabelecida pelo fabricante e/ou
com desequilíbrio entre as fases
• Transformadores sobredimensionados
• Cabos condutores sobrecarregados
1730/10/2008
•
• Não cumprimento aos programas de manutenção
• Custo elevado dos sistemas de controle
• Eficiência dos motores fabricados no Brasil inferior aos
dos países mais desenvolvidos.
Iluminação - Constatações
• Segunda maior carga elétrica nos SAA’s
• Uso de lâmpadas e reatores de baixa eficiência
• Uso desnecessário de lâmpadas
• Uso de luminárias ineficientes
• Falta de adequação dos ambientes para iluminação
natural
• Arranjo inadequado da iluminação
• Inexistência de células fotoelétricas ou uso de células
1830/10/2008Lâmpada de LED
• Inexistência de células fotoelétricasou uso de células
defeituosas
• Falta de conscientização dos empregados para a
racionalização
“A melhoria da eficiência energética é 
freqüentemente o método mais barato, rápido e 
ambientalmente amigável para satisfazer a 
demanda mundial de eletricidade”
1930/10/2008
demanda mundial de eletricidade”
5 - Motores de Indução
2030/10/2008
Rendimento
Evolução da eficiência entre 1983 e 1995
Maiores ganhos de eficiência para motores pequenos, de 1
a 20 CV (até 10%).
2130/10/2008
Tecnologia
Evolução no período 1890 a 1990
Relação peso por potência nominal (kg / kW)
Redução da ordem de 90% - aprimoramento dos materiais
2230/10/2008
Rendimento e Fator de Potência
Motores de construção standard, 2 a 8 pólos (fabricante Eberle).
2330/10/2008
30/10/2008 Pag. 23
Obs.: Enquanto que o rendimento ou eficiência aumenta significativamente com a
potência, não se verifica o mesmo com o fator de potência.
Economia de energia elétrica resultante da aplicação de motores
elétricos de alto rendimento e o seu respectivo custo no mercado
brasileiro.
Potência Economia de Custo de
do motor energia com Motores de alto
Motor Motor motor eficiente rendimento
comum eficiente (%) (US$) (US$) (%)
1 0,68 0,750 9,3 154 44 40
Taxa de Eficiência
(cv)
Eficiência, economia de eletricidade e custos de motores de uso 
eficiente de energia vendidos no Brasil
Custo inicial
adicional com
motor eficiente
2430/10/2008
1 0,68 0,750 9,3 154 44 40
2 0,72 0,827 12,9 209 61 41
5 0,76 0,860 11,6 362 134 59
10 0,84 0,880 4,5 609 174 40
20 0,87 0,903 3,7 933 215 30
50 0,90 0,924 2,6 2.260 452 25
100 0,91 0,936 2,8 5.459 2.048 60
200 0,91 0,945 3,7 11.492 4.441 63
Custo de energia economizada relativa a um motor de alto rendimento
de 10 CV, operando para diferentes horas durante o ano. Tomando o
caso de 4.000 h de operação, obtém-se uma economia de US$ 0,014/
kWh ou R$ 750,00 (setecentos e cinqüenta reais).
Uso Economia de 
eletricidade
(kWh/ ano)
1.000 402 0,057
Custo-efetividade de um motor eficiente de 10 cv
(h/ ano) (US$/ kWh)
2530/10/2008
2.000 804 0,028
3.000 1.206 0,019
4.000 1.607 0,014
5.000 2.010 0,012
6.000 2.411 0,009
7.000 2.814 0,008
Notas:
a. Um motor de alta eficiência é escolhido quando um motor precisa ser comprado, supondo uma economia de eletricidade de 4,5% e
custo inicial extra de US$ 174.
b. Período de retorno de investimento para usuários industriais de alta tensão pagando um preço médio de eletricidade de 0,0374 US$/
kWh até junho 1990.
c. Período de retorno de investimento para usuários industriais e comerciais de baixa tensão pagando um preço médio de eletricidade
de 0,0827 US$/ kWh até junho 1990.
Características Gerais
Ação Motora x Nominais x Vida Útil
Nominais
Potência: em CV ou HP
(1 CV = 735,5 W; 1 HP = 745,7 W)
Tensão: 220 / 380 volts (V)
Corrente: em ampères (A)
Pólos: 2, 4, etc.
Rotação: em rpm
2630/10/2008
Rotação: em rpm
Vida útil
• Umidade
• Esforços mecânicos nos
isolamentos
• Aquecimento
Ação motora: potência elétrica
absorvida da rede, convertida em
potência mecânica através dos
fenômenos eletromagnéticos e
transmitida à máquina através do eixo.
Classe de isolamento x Temperatura
Grau de Proteção Mecânica
Classe de isolamento
Classe B (poliéster), até 130 ºC
Classe F (compostos sintéticos),
até 155 ºC.
Graus de Proteção Mecânica
dos Invólucros ou Carcaças
2730/10/2008
dos Invólucros ou Carcaças
IPW55 – proteção contra
intempéries
IP65 – totalmente protegido
contra poeira.Efeito da classe de
isolamento na vida útil em
função da temperatura
Estator
Tipos diferentes 
de rotores
2830/10/2008
Princípio de 
funcionamento: 
Interações entre o 
campo girante 
produzido pelo 
estator (na rotação 
síncrona ns) e o 
campo resultante 
(induzido) na gaiola 
do rotor, na rotação n 
(n<ns).
Principais Componentes
2930/10/2008
30/10/2008 Pag. 29
Estator
1 - Carcaça - sustentação do conjunto de componentes
2 - Núcleo do estator - chapas de aço ou ferro-silício, isoladas,
constituindo o circuito magnético
8 - Enrolamentos do estator - bobinas de cobre isolado + isolamento do
estator
10 – Terminais elétricos do estator
3030/10/2008
Rotor
7 - Eixo - em aço, transmite a potência mecânica
3 - Núcleo do rotor - chapas de aço, complementa o circuito magnético
5 e 11 – Buchas, gaxetas, anéis de desgaste e rolamentos
12 - Barras e anéis de curto circuito - em alumínio, são as bobinas do
rotor. Fechadas em ambos os lados por anéis, em curto, constituem a
gaiola de esquilo. Nas barras circulam as correntes do rotor e onde se
desenvolvem a força motriz
3130/10/2008
Curvas de Desempenho
3230/10/2008
Pag. 32
A - Rendimento: acima de 75% de carregamento assume valor praticamente constante
Cai rapidamente abaixo de 50 %. Ineficiente em baixa carga ou subdimensionado
B - Fator de potência: baixo para cargas baixas
C - Escorregamento: quase zero a vazio, chega a cerca de 3% na carga nominal
D - Corrente: valor não nulo a vazio e cresce com a carga
Chave 
compensadora
Chave 
Tipos de Equipamentos 
Empregados na Partida de 
Motor de Indução
3330/10/2008
Soft starter
Chave 
estrela-triângulo
33
Dados de Placa
3430/10/2008Obs.: 1 CV ≈ 0,85 kVA
6 - Conjuntos Motor-Bomba
Bomba: Equipamento capaz de transferir energia de
determinada fonte para um líquido, para que possa
realizar trabalho, deslocando água, através de uma
tubulação, entre dois pontos, normalmente convertendo
energia cinética da água em energia potencial
3530/10/2008
Conjunto Motor-Bomba
Componentes Principais
■Rotor (solidário ao eixo – conjunto girante)
■ Carcaça
■ Difusor ou impulsor (parte fixa)
Finalidade do rotor: transmitir energia mecânica do eixo para
à massa líquida, na forma de energia cinética, e convertendo
em energia de pressão, com base no teorema de Bernoulli
(seção crescente proporciona redução de velocidade da água
3630/10/2008
(seção crescente proporciona redução de velocidade da água
com conseqüente aumento da pressão na saída)
Outros componentes importantes
Mancais, rolamentos, lubrificação
Vedação, gaxetas, selos mecânicos
Anéis de desgaste
Componentes Principais
3730/10/2008
Componentes de uma Bomba Centrífuga
Componentes Principais
3830/10/2008
Rotores de Bomba
Seleção de uma Bomba
■ Determinar a vazão e a altura manométrica total requerida
■ Procurar a bomba de menor potência que satisfaça aos
valores, ou seja, mais eficiente e de melhor rendimento
Rendimento de uma bomba: 0,50
3930/10/2008
Desempenho das Bombas Centrífugas 
Gráficos de desempenho das bombas - fornecidos
pelos fabricantes
Gráficos tradicionais
■ altura x vazão
■ potência absorvida x vazão
4030/10/2008
■ potência absorvida x vazão
■ rendimento x vazão
Altura x Vazão 
Gráfico obtido em ensaios de pressão e vazão
Ponto de funcionamento de uma bomba em um
determinado sistema - dado pelo cruzamento da
curva do sistema com a curva da bomba.
A curva do sistema é uma característica do SSA
4130/10/2008
A curva do sistema é uma característica do SSA
Altura x Vazão 
4230/10/2008
HMT: altura manométrica total, medida em metros de coluna de água (mca)
Potência x Vazão e Rendimento x Vazão 
Potência que o motor deve fornecer ao eixo da bomba
Leva em conta o rendimento do motor
4330/10/2008
A eficiência energética deve ser buscada escolhendo-se uma
bomba cujo ponto de funcionamento se dê o mais próximo
possível do ponto de melhor rendimento da bomba.
Gráfico (Curva) de um Sistema de Abastecimento 
Representação da perda de carga de um sistema em função
da vazão.
Tal curva tem o nome de “curva do sistema”
4430/10/2008
BombaCentrífuga Radial com Acoplamento e Único 
Estágio 
Empregada em SAA’s e SES’s
Recalca vazões de 5 a 100 L/s (18 a 360 m3/h)
Alturas manométricas totais de 40 a 200 mca
Outros tipos para vazão, altura ou rendimentos específicos
4530/10/2008
Bomba Centrífuga Radial
Bombas Centrífugas Radiais
4630/10/2008
Bombas Centrífugas Radiais
Aplicação de Bombas Centrífugas
4730/10/2008
Semelhança entre as Bombas
Vazão Q é proporcional a rotação N
Altura manométrica H é proporcional ao quadrado da
rotação N
Potência hidráulica P é proporcional ao cubo da rotação N
Perda de carga nas tubulações e componentes hidráulicos
é proporcional a vazão.
4830/10/2008
é proporcional a vazão.
Determinação das Perdas de Carga 
Fórmula de Hazen-Williams
“h”: perda de carga, em metros, ao longo da canalização de
comprimento “L” e diâmetro “D”, por onde flui uma vazão “Q”
4930/10/2008
“C”: quantifica o estado de conservação das paredes internas
da tubulação. Se rugosas, oferecem resistência ao
escoamento ou atrito
Se provoca muita perda de carga, tem valor baixo
Se as paredes são lisas, o valor C é mais alto
Pode variar de 30 a 150
Fórmula de Darcy-Weisbach - recomendada pela Norma
Brasileira (ABNT - NBR 12218 - Projeto de rede de distribuição
de água para abastecimento público)
“h”: perda de carga (m), ao longo da canalização de
5030/10/2008
“h”: perda de carga (m), ao longo da canalização de
comprimento “L” e diâmetro “D”, por onde flui uma vazão “Q”.
“g”: aceleração da gravidade (9,81 m/s2)
“p”: constante “pi” (3,14)
“f”: fator que quantifica o estado de conservação das paredes
internas da tubulação
Determinação da Potência
Expressão fundamental da potência de uma bomba:
P = a x Q x HMT (W)
HMT: altura manométrica total
No Sistema de Unidades Internacional (SI): “a” em N/m3 (no
caso da água, a = 98.000 N/m3), “Q” em m3/s e “HMT” em m
5130/10/2008
caso da água, a = 98.000 N/m3), “Q” em m3/s e “HMT” em m
Potência em W (watt)
Rendimentos da bomba e do motor são adimensionais
Produto dos rendimentos da bomba e do motor = rendimento
do conjunto motor-bomba
Outra fórmula da potência de bomba
Pb = Q x HMT x y/75 x nb (CV)
HMT: altura manométrica total (m)
y: peso especifico da água (1.000 kgf/ m3)
nb = rendimento da bomba
Potência do motor:
P = P /n
5230/10/2008
Placa de uma
bomba
Pm = Pb/nm
nm = rendimento do motor
Eficiência de um SAA
5330/10/2008
Parcelas de perdas e de eficiência de um SAA. De 100% da energia elétrica de entrada, a
eficiência global resulta em torno de 20 a 35 %
Exemplos
1 - Qual é a potência necessária para elevar água 800 m para
870 m, a uma vazão de 100 L/s, através de uma tubulação de
200 mm, cujo comprimento é de 1.500 m e o coeficiente de atrito
de Darcy Weisbach de 0,022?
Desprezar as perdas localizadas
Rendimento do conjunto motor-bomba igual a 0,55
Altura geométrica: 70 m
5430/10/2008
Altura geométrica: 70 m
Perda de carga total: hp = (8 x 0,022/ 3,142 x 9,8) . (0,12 x 1.500/
0,25) = 85,4 m
Potência: P = (98.000 x 0,1 x (70+85,4))/ 0,55 = 276,9 kW
2 – Qual o consumo de energia elétrica se esse conjunto motor-
bomba funcionar em média 15 h por dia durante 30 dias?
Consumo = 276,9 x 15 x 30 = 124.605 kWh
3 - E se fosse feita a opção por um conjunto menor, capaz de
bombear apenas 80 L/s, para produzir o mesmo volume diário,
qual a potência e durante quanto tempo por dia?
Considerar o mesmo rendimento total.
5530/10/2008
Período diário = 100 x 15 / 80 = 18,75 h (média diária)
Perda de carga total: hp = (8 x 0,022/ 3,142 x 9,8) x (0,082 x
1.500)/ (0,2)5 = 54,7 m
Potência: P = 98.000 x 0,08 x (70+54,7)/ 0,55 = 177,8 kW
Consumo = 177,8 x 18,75 x 30 = 100.013 kWh.
Obs.: Uma potência menor, de 64%, com um consumo de apenas 80%, produzindo ao
mesmo trabalho diário, assegurando assim maior eficiência energética.
7 - Correção do Fator de Potência (fp)
5630/10/2008
Comportamento das três tensões
Tensões Instantâneas Trifásicas em Corrente Alternada (CA)
5730/10/2008
Osciloscópio
Tensão composta VAB
5830/10/2008
Enrolamentos Ligados em “Y” (Estrela)
5930/10/2008
Nos enrolamentos ligados em “Y” (estrela) há uma conexão comum a um
dos terminais das três fases da carga, e os outros três terminais
conectados aos terminais de circuito alimentador.
O ponto comum (neutro) pode ser ligado à terra ou não.
Enrolamentos Ligados em “Y” (Estrela)
6030/10/2008
Nessa forma de conexão, a tensão entre fases (tensão linha-linha) é igual
à tensão fase-neutro x raiz de três (1,732)
Tensão de linha de 380 ou 13.800 V, refere-se à diferença de tensão entre
duas fases quaisquer. Nesses casos, a tensão fase-neutro vale,
respectivamente, 220 ou 7.968 V
Conexões dos Enrolamentos
“Y” (estrela) ou “delta” (triângulo)
6130/10/2008
Conexão “delta”
Tipos de conexões Y” 
Carga monofásica alimentada por uma
fase de uma fonte de tensão senoidal:
Carga
Monofásica
i(t)
v(t)
Potência Elétrica em Corrente Alternada
XL
R
V
I
Esquema de uma carga 
monofásica constituída de
resistência e indutância 
conectadas em série.
6230/10/2008
XL
V
I
ϕϕϕϕPotência ativa elétrica absorvida
pela carga:
P = V.I.cosϕϕϕϕ watt ou W
V em volt ou V
I em ampère ou A
Esquema fasorial da tensão e da
corrente do circuito monofásico acima. 
O fasor corrente está atrasado em 
relação ao da tensão aplicada.
Triângulo de PotênciasTriângulo de Potências
A grandeza corrente fasorial pode ser decomposta em duas
componentes ortogonais como está mostrado na figura da direita,
de módulos I.cosϕϕϕϕ e I.senϕϕϕϕ.
ϕϕϕϕ
I
V
I.cosϕϕϕϕ
I.senϕϕϕϕ
I
ϕϕϕϕ
6330/10/2008
P = V.I.cosϕϕϕϕ
Q = V.I.senϕϕϕϕS = V.I
ϕϕϕϕ
A multiplicação escalar da cada componente de corrente pela grandeza
tensão, fornece respectivamente, as potências P e Q conforme o triângulo
acima.
Componentes do Triângulo de Potências
P = P = V.I.cosV.I.cosϕϕϕϕϕϕϕϕ watt ou W
Q = Q = V.I.senV.I.senϕϕϕϕϕϕϕϕ volt-ampère-reativo ou var
S = V.IS = V.I volt-ampère ou VA
Obs.: Q negativo, significa elemento fonte de reativo, e o fasor 
corrente é adiantado do fasor tensão (ϕϕϕϕ adiantado).
P = V.I.cosϕϕϕϕ
Q = V.I.senϕϕϕϕS = V.I
ϕϕϕϕ
6430/10/2008
As cargas podem ser:
Indutiva: absorve potências ativa e reativa. Ex.: motor de indução.
Capacitiva: absorve potência ativa e fornece potência capacitiva.
Ex.: banco de capacitores estáticos. 
Potência AparentePotência Aparente
S = S = √√√√√√√√(P(P22+Q+Q22)) voltvolt--ampère ou VAampère ou VA
Retrata a potência que flui no Sistema e é 
empregada para especificar a potência nominal
dos equipamentos elétricos.
6530/10/2008
P = V.I.cosϕϕϕϕ
Q = V.I.senϕϕϕϕS = V.I
ϕϕϕϕ
Potência Trifásica
Suprimento trifásico a uma carga denominada de carga trifásica,
a 3 ou 4 fios.
Carga
Trifásica
ia(t)
vb(t) ib(t)
ic(t)
vc(t)
va(t)
6630/10/2008
vc(t)
Se as correntes e tensões da fonte ou da carga, instantâneasinstantâneas,
forem equilibradasequilibradas e simétricassimétricas, satisfazem às condições:
Ia + ib + ic = 0
va + vb + vc = 0
Potência Ativa Trifásica = 3.Potência Ativa MonofásicaPotência Ativa Trifásica = 3.Potência Ativa Monofásica
1,732.1,732.VV . I . . I . coscosϕϕϕϕW
6730/10/2008
1,732.1,732.VVffff . I . . I . coscosϕϕϕϕW
Potência Reativa Trifásica = 3.Potência Reativa MonofásicaPotência Reativa Trifásica = 3.Potência Reativa Monofásica
1,732.1,732.VVffff . I . . I . sensenϕϕϕϕ var
Obs.: Obs.: VVffff = tensão fase= tensão fase--fase ou tensão composta ou tensão fase ou tensão composta ou tensão entreentre--fasesfases..
Em sistemas de baixa tensão (BT), normalmente a tensão Em sistemas de baixa tensão (BT), normalmente a tensão fasefase--neutroneutrovale 220 V e a vale 220 V e a 
tensão tensão entreentre--fasesfases vale 380 V.vale 380 V.
Exemplo
Um banco de capacitores de 6 células de 5 kvar cada, na tensão
nominal de 380 V, a capacidade total (ou potência) do banco é
de:
Em cada fase: 2 células = 10 kvar
Potência total: 6 . 5 ou 3 . 10 = 30 kvar
Deve ser observado que o valor 30 vale três vezes o valor
máximo de 10 kvar, de cada fase, que instantaneamente, podem
6830/10/2008
máximo de 10 kvar, de cada fase, que instantaneamente, podem
ambos os capacitores de uma fase do banco ser carregado.
Fator de Potência (fp)
O fator de potência de uma carga monofásica ou de uma carga
trifásica equilibrada é o quociente entre a potência ativa
monofásica e o módulo da potência aparente monofásica, ou seja
fpfp = P / S = P / V.I = = P / S = P / V.I = V.I.cosV.I.cos ϕϕϕϕϕϕϕϕ / V.I = / V.I = coscos ϕϕϕϕϕϕϕϕ
Um fator de potência de 0,85 significa que apenas 85% da
6930/10/2008
Um fator de potência de 0,85 significa que apenas 85% da
potência aparente suprida a carga é utilizada para realmente
produzir trabalho. O restante é empregada para carregar os
campos elétricos e magnéticos.
Ao se operar um sistema elétrico com baixo fator de potência significa
carregar desnecessariamente os circuitos e os equipamentos.
Isso ocorrendo, eleva as perdas por aquecimento nas resistências
(efeito joule), desnecessariamente, comprometendo a eficiência do
Sistema Elétrico e encarecendo a conta de energia elétrica do
consumidor.
A legislação tarifária penaliza os consumidores que tiverem um fator de
potência indutivo abaixo de 0,92, de 6:30 às 23:30 h, e um fator de
potência capacitivo abaixo de 0,92, de 23:30 às 6:30 h.
O fator de potência num sistema monofásico ou num sistema trifásico
de cargas equilibradas possui o mesmo valor.
Em um sistema trifásico desequilibrado, cada fase tem o seu próprio
fator de potência.
A média dos fatores de potência das fases individuais é uma boa
indicação quando não houver uma fase com característica indutiva e
7030/10/2008
indicação quando não houver uma fase com característica indutiva e
uma outra com característica capacitiva.
Na prática, a grande maioria das cargas trifásicas existentes tem fator
de potência indutivo em todas as fases.
Para corrigir o fator de potência da carga para níveis aceitáveis significa
conectar bancos de capacitores próximas às cargas de maior
potência, ou próximas àquelas de fp mais baixos, e/ou na subestação
abaixadora da instalação.
Resumo
� A potência ativa P é definida como um valor médio da potência instantânea
p(t) e, portanto, significa fisicamente a potência útil que está sendo transmitida
ou consumida. Seu valor é uma fração da potência aparente (S) e depende do
fator de potência.
� A potência reativa Q é, por definição, igual ao valor máximo (pico) da
componente da potência instantânea p(t) que “flui para frente e para trás”,
resultando um valor médio nulo, e portanto, incapaz de realizar trabalho.
� P e Q têm dimensão de watt (W), porém para enfatizar o fato de que a última
representa uma potência “não ativa” ou reativa, ela é medida na unidade volt-
7130/10/2008
representa uma potência “não ativa” ou reativa, ela é medida na unidade volt-
ampère reativo (var).
� O fator de potência (fp) de cada carga (ou de um conjunto de cargas do
mesmo ponto de faturamento) deve ser mantido durante a jornada diária, em
faixas estabelecidas pela Legislação, sob pena de se incorrer em multa de
fator de potência, elevar as perdas elétricas, além de carregar
desnecessariamente o sistema elétrico.
Limite do Fator de Potência
7230/10/2008
Correção do Fator de Potência em Instalações Elétricas
1) Efetuar primeiramente o balanceamento das cargas monofásicas das três
fases da instalação.
2) Medir o fator de potência de cada uma das três fases para se obter o valor
médio do “fp” da instalação.
Obs. 1: Considera-se que o “fp” de todas as três fases sejam indutivos.
Obs. 2: Existe instrumento que mede o “fp” de cada das três fases e calcula o
“fp” total.
Obs. 3: Caso o “fp” médio das três fases, no ponto do suprimento da
instalação, se apresente abaixo de 0,92, implicará em multa de fator de
7330/10/2008
instalação, se apresente abaixo de 0,92, implicará em multa de fator de
potência na conta mensal de energia elétrica até que seja efetuada a correção
do “fp”.
3) Adotar providências visando a implantação e/ou adequação de bancos de
capacitores eventualmente já instalados, a fim de eliminar a penalização por
baixo fator de potência.
4) Repetir o passo “2” acima sempre que houver entrada de novas cargas ou
indisponibilidade de banco capacitor.
Esquema de ligações de um banco de capacitores trifásico, após
a chave compensadora de um motor trifásico e antes da proteção
de sobrecarga. O banco possui uma chave interruptora com
fusíveis.
7430/10/2008
A quantificação, a forma de ligação, a proteção elétrica, a avaliação de
harmônicos, etc., devem ser considerados no projeto de instalação de um
banco de capacitores para correção de fator de potência.
Banco de 
Capacitores 
Trifásico
Quantificação do Banco de
Capacitores
Seja uma instalação com potência
ativa P1 e “fp” ou cosϕϕ1 conhecidos.
O problema é encontrar o valor C de
potência reativa que fará o fator de
potência atingir o valor cosϕϕ22 ((em
torno de 0,92 ou acima).
Da figura têm-se:
P1
Q2S2
ϕϕϕϕ2
C
S1
ϕϕϕϕ1
Q1
Exemplo:
7530/10/2008
Da figura têm-se:
Q1 = P1. tanϕϕ11
Q2 = P1. tanϕϕ22
QQ11 –– QQ22 == CC == PP11..((tanϕϕ11-- tanϕϕ22)) ouou
CC == kk..PP11 kvarkvar
OsOs fabricantesfabricantes dede bancosbancos capacitorescapacitores
fornecemfornecem umauma tabelatabela contendocontendo oo valorvalor
multiplicadormultiplicador parapara diversosdiversos fatoresfatores dede
potênciapotência inicialinicial ee finalfinal..
Exemplo:
A carga de uma instalação é de 200 kW,
com fp = 0,69 atrasado, e se quer chegar
ao fp = 0,95.
PelaPela tabelatabela dodo slideslide aa seguir,seguir, dede 00,,6868
parapara 00,,9595,, oo valorvalor multiplicadormultiplicador éé 00,,749749..
CC == 200200 xx 00,,749749 ==149149,,88 ouou seja,seja, 150150 kvarkvar
dede bancobanco dede capacitorescapacitores..
Tabela de Constantes Multiplicadoras para a Obtenção da Potência 
Reativa de Bancos Capacitores para Correção do Fator de Potência (fp)
Obs.: Conhecidos os Fatores de Potência (fp) atual e desejado.
7630/10/2008
30/10/2008 Pag. 76
7730/10/2008
30/10/2008
A aplicação de bancos de capacitores estáticos
em instalações com cargas elétricas reduz a
absorção de potência reativa da rede da
Concessionária, podendo assim, evitar a multa de
fator de potência.
Acréscimo na Conta de Energia Devido a Multa de Fator de Potência
fp % de elevação
na conta
7830/10/2008
Medição 
Comercial em 
Estação 
Elevatória
Resumo de Contas de Energia Elétrica, com Multa, em
Estação Elevatória, Durante um Ano
7930/10/2008
Exercícios
1) Um motor de indução, cuja saída é de 2 HP (2,208 CV), tem rendimento de 
85%. Com esta carga, o fator de potência é 0,8 atrasado. Determinar as 
potências de entrada.
Considerar 1 HP = 745,7 W; 1 CV = 735,5 W
P bruta na entrada = P líquida / 0,85 e P líquida = 2 HP x 745,7 watt / HP = 
1.491,4 watt. P bruta = P líquida / 0,85 = 1.491,4 / 0,85 = 1.755 watt.
S = P / fp = 1.755 / 0,8 = 2.190 VA e Φ = 36,9 graus atrasado. Seno 36,9º = 
0,6. Q = 2.190 x sen 36,9º = 2.190 x 0,6 = 1.315 var indutivo.
2) Um trafo de 25 kVA fornece 12 kW a uma carga indutiva, de fp = 0,6 
8030/10/2008
2) Um trafo de 25 kVA fornece 12 kW a uma carga indutiva, de fp = 0,6 
atrasado. Determinar o percentual de plena carga que o trafo alimenta. Deseja-
se alimentar cargas adicionais com fp unitário. Quantos kW podem ser 
alimentados, até que o trafo estejaa plena carga? 
Para P = 12 kW, S = P / cos Φ = 12 / 0,6 = 20 kVA. Percentual = 20 / 25 = 
80%. Como Φ = 53,1 graus, Q = S.sen Φ = 20 x 0,8 = 16 kvar indutivo.
Cargas adicionais com fp = 1, Q permanece inalterado. 
A plena carga, o novo valor de Φ = arc sen (16 / 25) = 39,8º atrasado. 
P total = novo S.(cos novo Φ) = 25 x cos 39,8º = 25 x 0,768 = 19,2 kW.
Carga adicional = 19,2 – 12 = 7,2 kW. Novo fp = cos 39,8º = 0,768 atrasado.
Rotina de 
medição de 
temperatura 
de motor
8 – Inspeções nas Instalações
Identificar e Corrigir
• Cargas elétricas desbalanceadas
• Tensões fora da faixa / desequilibradas
• Sobrecarga
• Aquecimento (ponto quente – termovisão)
• Conexões folgadas e/ou oxidadas
• Partes ativas expostas (conexões elétricas desprotegidas)
8130/10/2008
Haste de 
aterramento
• Partes ativas expostas (conexões elétricas desprotegidas)
• Painel aberto
• Má conservação de painel e equipamento
• Cabos e/ou fiação desprotegidos
• Aterramento sem continuidade ou com conexão folgada
Termovisor
• Instrumentos de medição inoperantes ou descalibrados
• Vibração excessiva, peças folgadas ou falta de apoio em
conjunto girante
• Lubrificação inadequada ou insuficiente em conjunto
girante
• Ruído estranho e/ou excessivo em conjunto girante
• Aquecimento excessivo nos mancais
• Vazamentos de qualquer natureza
8230/10/2008
Obs.
Inspeções nos reservatórios
Inspeções na rede de tubulações
Manter na instalação
• Ficha cadastral dos equipamentos
• Diagrama eletromecânico da instalação
• Planilha de acompanhamento da operação
• Procedimentos operacionais adequados
Acompanhar
Conta mensal de energia elétrica
Consumo dos principais motores
8330/10/2008
Manômetros: 
digital e analógico
Efetuar, periodicamente, comparação do consumo dos motores de
mesmas características e com regime operacional similar
Medidor de 
isolamento 
elétrico
Indicadores de Eficiência Energética nos SAA’s
R$/ MWh: custo da energia comprada
Custo da energia / m³ vendido
R$ faturados / m³ bombeado
Consumo de energia / m³ bombeado = 0,6 kWh/ m³
8430/10/2008
Consumo de energia / m³ bombeado = 0,6 kWh/ m³
Programar
• Controle operacional das instalações
• Manutenção dos equipamentos
Regra Geral
• Manter os usuários capacitados e engajados
• Evitar as improvisações
8530/10/2008
Painel de controle e 
proteção de 2 conjuntos 
motor-bomba
9 - Ações para Eficientização Energética
Criação de CICE – Comissão Interna de Conservação de
Energia
Ações administrativas (não envolvem grandes custos)
• Correção da classe de faturamento
• Regularização da demanda contratada
• Alteração da estrutura tarifária
8630/10/2008
• Alteração da estrutura tarifária
• Conferência das leituras da conta de energia elétrica
• Desativação de instalações sem utilização
“Programa de 
eficientização exige
mudança cultural”
Ações Operacionais para Eficientização
• Acompanhamento das principais grandezas
• Correção do fator de potência
• Modernização das instalações
• Melhoria do fator de carga nas instalações
• Redução de perdas de carga nas tubulações
• Redução das perdas de água
• Melhoria dos processos
• Conscientização dos usuários
8730/10/2008
Conjuntos 
Motor-Bomba
Eficientização energética pode
reduzir o consumo de energia
elétrica de até 25%
Custo anual da ineficiência
energética no setor saneamento do
país = R$ 450 milhões → repasse
para tarifa de água→ inadimplência
Anexo I - Causas de Anormalidades em Motor-Bomba
8830/10/2008
8930/10/2008
9030/10/2008
9130/10/2008
Anexo II – Termos Usuais em Bombeamento 
Altura de Sucção (AS) - Desnível geométrico (altura em metros), entre o nível dinâmico
da captação e o bocal de sucção da bomba.
Obs.: Em bombas centrífugas normais, instaladas ao nível do mar e com fluído
bombeado a temperatura ambiente, esta altura não pode exceder 8 m de coluna d’água
(8 mca).
Altura de Recalque (AR) - Desnível geométrico (altura em metros), entre o bocal de
sucção da bomba e o ponto de maior elevação do fluído até o destino final da instalação
(reservatório, etc.).
Altura Manométrica Total (AMT) - Altura total exigida pelo sistema, a qual a bomba
deverá ceder energia suficiente ao fluído para vencê-la. Leva-se em consideração os
desníveis geométricos de sucção e recalque e as perdas de carga por atrito em
9230/10/2008
desníveis geométricos de sucção e recalque e as perdas de carga por atrito em
conexões e tubulações.
AMT = Altura Sucção + Altura Recalque + Perdas de Carga Totais: mca, kgf/cm² , lb/pol²
(inclui tubulações/ conexões e acessórios). 1 kgf/cm² = 10 mca = 14,22 lb/pol²
Perda de Carga nas Tubulações - Atrito exercido na parede interna do tubo quando da
passagem do fluído pelo seu interior. É mensurada obtendo-se, através de coeficientes,
um valor percentual sobre o comprimento total da tubulação, em função do diâmetro
interno da tubulação e da vazão desejada.
Perda de Carga Localizada nas Conexões - Atrito exercido na parede interna das
conexões, registros, válvulas, dentre outros, quando da passagem do fluído. É
mensurada obtendo-se, através de coeficientes, um comprimento equivalente em
metros de tubulação, definido em função do diâmetro nominal e do material da conexão.
Comprimento da Tubulação de Sucção - Extensão linear (m) de tubo, desde o injetor ou
válvula de pé até o bocal de entrada da bomba.
Comprimento da Tubulação de Recalque - Extensão linear (m) de tubo, desde a saída
da bomba até o ponto final da instalação.
Golpe de Aríete - Impacto sobre todo o sistema hidráulico causado pelo retomo da água
existente na tubulação de recalque, quando da parada da bomba. Este impacto, quando
não amortecido por válvula(s) de retenção, danifica tubos, conexões e os componentes
da bomba.
Nivel Estático - Distância vertical (m), entre a borda do reservatório de sucção e o nível
(lâmina) da água, antes do início do bombeamento.
Nivel Dinâmico - Distância vertical (m), entre a borda do reservatório de sucção e o
nível (lâmina) mínimo da água, durante o bombeamento da vazão desejada.
Submergência - Distância vertical (m), entre o nível dinâmico e o injetor (Bombas
9330/10/2008
Submergência - Distância vertical (m), entre o nível dinâmico e o injetor (Bombas
Injetoras), a válvula de pé (Bombas Centrifugas Normais), ou filtro da sucção (Bombas
Submersas).
Escorva da Bomba - Eliminação do ar existente no interior da bomba e da tubulação de
sucção. Esta operação consiste em preencher com o fluído a ser bombeado todo o
interior da bomba e da tubulação de sucção, antes do acionamento da mesma. Nas
bombas autoaspirantes basta eliminar o ar do interior da mesma. Até 8 mca de sucção
a bomba eliminará o ar da tubulação automaticamente.
Autoaspirante - O mesmo que Autoescorvante, isto é, bomba centrífuga que elimina o ar
da tubulação de sucção, não sendo necessário o uso de válvula de pé na sucção da
mesma, desde que, a altura de sucção não exceda 8 mca.
Cavitação - Fenômeno físico que ocorre em bombas centrífugas no momento em que o
fluído succionado pela mesma tem sua pressão reduzida, atingindo valores iguais ou
inferiores a sua pressão de vapor. Com isso, formam-se bolhas que são conduzidas
pelo deslocamento do fluído até o rotor onde implodem ao atingirem novamente
pressões elevadas.
Este fenômeno ocorre no interior da bomba quando o NPSHd (sistema), é menor que o
NPSHr (bomba). A cavitação causa ruídos, danos e queda no desempenho hidráulico
das bombas.
NPSH - Sigla da expressão Net Positive Suction Head a qual divide-se em:
NPSHd (NPSH disponível) - Pressão absoluta por unidade de peso existente na sucção
da bomba (entrada do rotor), a qual deve ser superior a pressão de vapor do fluído
bombeado, e cujo valor depende das características do sistema e do fluído;9430/10/2008
bombeado, e cujo valor depende das características do sistema e do fluído;
NPSHr (NPSH requerido) - Pressão absoluta mínima por unidade de peso, a qual
deverá ser superior a pressão de vapor do fluído bombeado na sucção da bomba
(entrada de rotor) para que não haja cavitação. Este valor depende das características
da bomba e deve ser fornecido pelo fabricante da mesma. NPSHd > NPSHr
Válvula de Pé ou de Fundo de Poço — Válvula de retenção colocada na extremidade
inferior da tubulação de sucção para impedir que a água succionada retorne à fonte
quando da parada do funcionamento da bomba, evitando que esta trabalhe a seco
(perda da escorva).
Crivo - Grade ou filtro de sucção, normalmente acoplado a válvula de pé, que impede a
entrada de partículas de diâmetro superior ao seu espaçamento.
Válvula de Retenção - Válvula(s) de sentido único colocada(s) na tubulação de recalque
para evitar o golpe de aríete. Utilizar uma válvula de retenção a cada 20 mca de AMT.
Pressão Atmosférica - Peso da massa de ar que envolve a superfície da terra até uma
altura de ± 80 km e que age sobre todos os corpos. Ao nível do mar, a pressão
atmosférica é de 10,33 mca ou 1,033 kgf/cm² (760 mm/Hg).
Registro - Dispositivo para controle da vazão de um sistema hidráulico.
Manômetro - Instrumento que mede a pressão relativa positiva do sistema.
Vazão – Quantidade de fluído que a bomba deverá fornecer ao sistema.
Unidades mais comuns: m3 /h, L/h, L/m, L/s
Onde: 1 m3 /h = 1000 L/h = 16,67 L/m = 0,278 L/s
9530/10/2008 Soft starter
Anexo III - Referências Bibliográficas
• Miller, Robert H. - Operação de Sistemas de Potência
• Creder , Hélio - Instalações Elétricas
• Gomes, Heber Pimentel – Eficiência Hidráulica e Energética em Saneamento – Análise
Econômica de projetos
• Gomes, Heber Pimentel... – Abastecimento de Água – O Estado da Arte e Técnicas Avançadas
• Albuquerque, Adalberto Aragão de - Análises e Métodos de Otimização para Eficiência
Energética de Estações Elevatórias em Sistemas de Abastecimento de Água
• PROCEL SANEAR - Eficiência Energética em Sistemas de Bombeamento
• PROCEL – Conservação de Energia Elétrica na Indústria – Volume I – Orientações Técnicas
• PROCEL – Conservação de Energia Elétrica na Indústria – Volume II – Autodiagnóstico
9630/10/2008
• COPEL – Manual de Eficiência Energética na Industria
• PROCEL SANEAR – Eficiência Energética em Sistemas de Bombeamento – Manual Prático.
• Coêlho, Adalberto Cavalcanti – Manual de Economia de Água (Conservação de Água).
• ANEEL - Resolução nº 456 de 29/11/2000
• Técnicas de Operação em Sistemas de Abastecimento de Água - Guias Práticos – Volume 3 –
Pesquisa e combate a Vazamentos não Visíveis
• Carvalho, Claudio Elias; Carvalho, Paulo Roberto - Eletricidade Moderna – ago08 – Sistema de
Gestão Energética para Industrias de Grande Porte
• Gonçalves, Elton - Revisão de Metodologias e Indicadores de Desempenho para Controle de
Perdas em Sistemas de Abastecimento de Água
• www.pmss.gov.br - Revista Saneamento para Todos
• www.iwahq.org – International Water Association.
9730/10/2008
A água é como saúde ou liberdade: 
só tem valor quando acaba
Assuntos Extras
9830/10/2008
Comportamento Elétrico e Hidráulico de um SAA composto 
de uma EEAT e um RAP
9930/10/2008
Comparativo de Rendimento entre Motores 
Standard e Alto Rendimento
Fonte: WEG
10030/10/2008
Cálculo da Economia de Energia Elétrica 
Considerando a Troca de Motores Standard por 
Motores de Alto Rendimento
10130/10/2008
Elevatórias que Possuem BC Instalados e o Fator de 
Potência ainda se encontra abaixo de 0,92
10230/10/2008
Exemplos de fasorial 
das tensões e 
correntes no ponto de 
medição comercial.
Observar que no 
fasorial da ilustração 
inferior, o 
10330/10/2008
inferior, o 
dafasamento entre 
correntes e tensões é 
quase nulo, o que 
corresponde a um 
fator de potência 
médio muito próximo 
da unidade.
Outro exemplo de fasorial das tensões e correntes no 
ponto de medição comercial, ilustrando o 
comportamento desequilibrado da carga e fator de 
potência baixo em duas das fases.
10430/10/2008