GESTÃO DE ENERGIA
Miguel Águas
2009
(versão provisória de 23-Jun)
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
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ÍNDICE 1 I�TRODUÇÃO ............................................................................................................................................. 4
1.1 FUNDAMENTOS ....................................................................................................................................... 4
1.2 OBJECTIVOS E ORGANIZAÇÃO ................................................................................................................. 5
2 E�ERGIA PRIMÁRIA E E�ERGIA FI�AL ........................................................................................... 5
2.1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 6
2.2 TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA .............................................................................................................. 8
2.3 DIAGRAMA DE SANKEY .......................................................................................................................... 9
2.4 A TEP COMO UNIDADE DE ENERGIA PRIMÁRIA .................................................................................... 14
2.5 CONSUMO MÉDIO E MARGINAL ............................................................................................................. 16
2.6 RESÍDUOS COMBURENTES ..................................................................................................................... 17
2.7 ELECTRICIDADE ESPECÍFICA ................................................................................................................. 18
2.8 SOMA DE CONSUMOS ENERGÉTICOS ..................................................................................................... 18
2.9 CONSUMO ESPECÍFICO E RENDIMENTO ................................................................................................. 20
2.9.1 Consumo específico ...................................................................................................................... 20
2.9.2 Rendimento ................................................................................................................................... 20
2.9.3 Discussão ...................................................................................................................................... 21
2.10 SGCIE ................................................................................................................................................... 23
2.10.1 Auditoria energética e plano de racionalização ........................................................................... 24
2.11 CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ................................................................................................................. 25
2.12 EXEMPLO DE APLICAÇÃO ...................................................................................................................... 28
3 I�DICADORES .......................................................................................................................................... 32
3.1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................................................... 32
3.2 RESERVAS E CONSUMO MUNDIAL ......................................................................................................... 32
3.3 PORTUGAL E O PROTOCOLO DE KIOTO .................................................................................................. 34
3.4 POLÍTICA ENERGÉTICA .......................................................................................................................... 35
3.4.1 Objectivos ..................................................................................................................................... 35
3.4.2 Metodologia .................................................................................................................................. 35
3.4.3 Instrumentos .................................................................................................................................. 36
3.5 PIB ........................................................................................................................................................ 37
3.6 INTENSIDADE ENERGÉTICA E DESENVOLVIMENTO ............................................................................... 38
3.7 BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL ....................................................................................................... 41
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3.8 EVOLUÇÃO DO CONSUMO ..................................................................................................................... 43
3.9 O PLANO ENERGÉTICO NACIONAL ......................................................................................................... 46
3.10 MODELO INPUT-OUTPUT ...................................................................................................................... 49
3.10.1 Aplicação à macro-economia ....................................................................................................... 49
3.10.2 Aplicação ao balanço energético nacional ................................................................................... 57
4 PREÇOS DA E�ERGIA ............................................................................................................................ 63
4.1 ANÁLISE HISTÓRICA .............................................................................................................................. 63
4.3 LIBERALIZAÇÃO DO MERCADO ELÉCTRICO .......................................................................................... 67
4.4 O TARIFÁRIO NO SISTEMA PÚBLICO ...................................................................................................... 70
4.4.1 Baixa tensão .................................................................................................................................. 71
4.4.2 Média e alta tensão ....................................................................................................................... 73
5 A�ÁLISE DE SISTEMAS ......................................................................................................................... 75
5.1 DIAGRAMA DE BLOCOS ......................................................................................................................... 75
5.1.1 Operação unitária produtiva ........................................................................................................ 75
5.1.2 Operação unitária de tratamento de resíduos .............................................................................. 76
5.1.3 Ligações elementares .................................................................................................................... 78
5.2 MODELAÇÃO ......................................................................................................................................... 87
5.3 RECICLAGEM ......................................................................................................................................... 90
5.4 CONSUMO ESPECÍFICO E PRODUÇÃO ..................................................................................................... 90
5.5 RESUMO ................................................................................................................................................ 94
5.6 CONVERSÃO DE ENERGIA ...................................................................................................................... 95
6 E�ERGIA EM EDIFÍCIOS ....................................................................................................................... 96
6.1 CARACTERIZAÇÃO ................................................................................................................................ 96
6.2 REGULAMENTAÇÃO .............................................................................................................................. 96
6.2.1 Sistema de Certificação Energética de Edifícios .......................................................................... 96
6.2.2 RCCTE .......................................................................................................................................... 97
6.2.3 RSECE ........................................................................................................................................ 106
6.2.4 Classes energéticas ..................................................................................................................... 111
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Fundamentada na Termodinâmica, a disciplina estrutura-se em torno de temas associados à gestão e política
da energia, nomeadamente a avaliação de consumos directos e indirectos de energia ou a liberalização do
mercado energético. A área ambiental sendo uma natural preocupação não é aqui discutida com
profundidade, procurando identificar as vertentes de interface com outras disciplinas oferecidas no IST
especializadas nessa área. Em continuidade com estes princípios, a GESTÃO DE ENERGIA é uma disciplina de
conteúdo dinâmico, tanto mais que a sua organização cientifica e pedagógica tem de ser pensada no contexto
de uma disciplina de opção frequentada por alunos de várias licenciaturas do IST.
Uma palavra de agradecimento para os alunos que, com comentários ou contribuições, têm ajudado a
melhorar a qualidade deste texto, em especial para Mafalda Tavares, João Rodrigues e Duarte Farinha.
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1 INTRODUÇÃO
1.1 Fundamentos
Os 100 W indicados na lâmpada incandescente que temos em nossas casas significa, para muito de nós, uma
certa intensidade luminosa e um certo aumento da factura eléctrica. No entanto, poucos já terão presente que
destes 100 W apenas 5 a 10 W serão convertidos em luz antes de aquecer as paredes da casa. Mas o consumo
energético associado aos 100 W não incluí consumos associados à produção e transporte da electricidade nem
consumos de fabricação da lâmpada e muito menos os consumos energéticos de construção de todas as
instalações e equipamentos que de forma directa ou indirecta tornaram possível que ao carregar no botão do
interruptor a sala ficasse iluminada.
A electricidade chega a nossas casas por cabos que estão longe de serem supercondutores, cifrando-se esta
perda de transporte em cerca de 10%1. A sua produção é, maioritariamente, em centrais térmicas, centrais
que apresentam rendimentos energéticos entre 40% e 55%. Nestas centrais queimam-se combustíveis que
tiveram de ser refinados e transportados, obrigaram ao funcionamento de refinarias, envolveram petroleiros,
poços de petróleo, técnicas de detecção, etc.
Em todas estas etapas, energia foi consumida, assim como mais energia esteve envolvida na construção das
centrais, dos pipelines, das refinarias, dos petroleiros, dos poços... Quantas lâmpadas terão sido ligadas para
que a lâmpada que ilumina este texto possa estar acesa ?
Estamos assim em presença de um conjunto de fluxos energéticos de análise bem complexa que envolve
consumos para transformações de energia e consumos para construção de instalações e fabrico de
equipamentos. Os consumos associados às transformações de energia dependem da fronteira espacial
considerada. O máximo rigor da análise energética obriga a dimensões infinitas da fronteira espacial onde os
materiais são extraídos do subsolo, retornando os seus resíduos ao subsolo sem problemas ambientais.
1 Em 1998, dos 33 808 GWh emitidos para a rede pública, apenas 30.379 foram consumidos (ERSE,1999)
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Às instalações e aos equipamentos está associada à noção de capital de energia. Continuando no exemplo da
electricidade, o capital de energia corresponde à imputação, por cada kWh eléctrico produzido, dos consumos
para a construção da central térmica, das estradas, etc... A extensão destes consumos dependem da fronteira
temporal considerada, que para a energia fóssil poderia obrigar a recuar muito milhões de anos, até a altura
em que se terão formado os primeiros organismos fotossintéticos2.
1.2 Objectivos e organização
O objectivo principal da AES consiste em criar uma cultura energética em torno de 4 conceitos fundamentais:
• Energia primária e energia final
• Intensidade energética
• Preços e liberalização
• Análise de sistemas
A organização da disciplina é feita em 4 capítulos para além da presente introdução.
A discussão sobre a relação entre energia primária e energia final constitui o capítulo seguinte. Neste capítulo
são discutidos temas como consumos marginais, a unidade tep3 e o regulamento de gestão de energia, RGCE.
O capítulo 3 é dedicado aos indicadores energéticos, onde se destaca a intensidade energética em articulação
com indicadores macro-económicos. Esta discussão potencia o modelo Input-Output para a energia,
apresentado no final do capítulo.
O capítulo 4 orienta-se para os preços da energia, tendo em consideração a sua evolução histórica, a
liberalização energética e os aspectos práticos dos tarifários.
O último capítulo é dedicado à análise de sistemas, tema original da disciplina, constituindo os diagramas de
blocos um tema de integração dos conhecimentos adquiridos na disciplina.
2 ENERGIA PRIMÁRIA E ENERGIA FINAL
2 O petróleo resulta do processo de fotossíntese ao longo de milhões de anos, função pela qual as plantas
verdes, em presença da luz, fixam o carbono do dióxido de carbono do meio externo e libertam oxigénio. A expansão da formação petróleo adquiriu magnitude máxima e representatividade mundial no Cretácico (140 milhões de anos), coincidindo com a expansão máxima dos mares.
3 Tonelada equivalente de petróleo
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2.1 Introdução
A análise energética de sistemas complexos, onde a sistematização de procedimentos constitui o principal
objectivo, deverá ser precedida de um claro entendimento do que se entende por consumo energético, pois
frases como “Poupança de Energia” ou “Conservação de Energia” podem constituir verdadeiras armadilhas na
percepção do fenómeno de transferência e conversão de energia.
Poupar energia ou conservar energia parece pressupor que a energia se pode perder o que iria contrariar o 1º
Principio da Termodinâmica. Na realidade, a qualquer transformação energética está associada não uma
"perda" ou um “gasto” de energia mas sim uma degradação energética que impede de realizar, de novo,
transformação idêntica, conforme decorre da aplicação da 2ª Lei da Termodinâmica.
O teorema de Carnot estabelece um valor de rendimento máximo da conversão de calor em trabalho, função
da temperatura de fonte quente, Tq, e da temperatura de fonte fria, Tf, dado pela equação seguinte.
q
fq
CarnotT
TT −=η
(Eq. 2.1)
Efectivamente, as várias formas de energia não são igualmente convertíveis umas nas outras. Todas se podem
converter integralmente em calor, mas não se pode converter integralmente o calor noutras formas de
energia,
No entanto, a grande maioria dos processos industriais não têm por objectivo a conversão de calor em
trabalho mas sim vencer irreversibilidades. Para estas situações o consumo energético da evolução ideal, isto
é, reversível, seria naturalmente nulo, impedindo o cálculo de um rendimento. Estas irreversibilidades podem
ter origem em atrito (1ª espécie) ou na transferência de calor4 (2ª espécie), sendo o exemplo seguinte
ilustrativo deste segundo caso.
4 Tratando-se de uma transferência de calor real a diferença de temperaturas é necessariamente um valor não
elementar.
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Exemplo 2.1: Secadores de múltiplo efeito
Considere-se o processo de produção de açúcar a partir de melaço, baseado na evaporação da água presente no melaço. Desprezando a energia de natureza química associada à solução água-açucar, a energia mínima poderá estar relacionada com a entalpia de mudança de fase, hfg, sendo então calculada por:
Energia mínima = hfg × massa de água por kg de açúcar produzido
Verifica-se porém que os secadores utilizados nesta indústria são de múltiplo efeito, geralmente em número de 3, utilizando o calor latente da água evaporada sucessivamente. Conforme se ilustra na figura, o primeiro secador promove a evaporação da água do melaço com base na energia de mudança de fase do vapor produzido na caldeira. O vapor de água do melaço do secador 1 irá promover a evaporação do melaço que se encontra no secador 2, repetindo-se o processo para o último evaporador.
Figura 2.1 : Secadores de múltiplo efeito
Este processo poder-se-ia repetir indefinidamente não fosse a necessidade de manter uma diferença de temperatura para a transferência de calor entre o vapor e o melaço. Tal é conseguido à custa de uma queda de pressão de vapor. Na figura estão indicados valores para um diferencial de temperatura de 20 ºC, concluindo-se que apenas se pode garantir o bom funcionamento de 3
secadores em série, mas à medida que este T se reduz é fácil de ver que o número de secadores poderia crescer.
Para esta tecnologia um valor de energia mínima associada à evaporação não estaria correcto.
Vapor
Vapor
Vapor Vapor
Purgador Condensado Condensado
Bomba
Caldeira Combustível
1 3 2
Tsat=120ºC Psat= 2.0 bar
Tsat=180ºC Psat=10.0 bar bar
Tsat=160ºC Psat= 6.2 bar
Tsat=140ºC Psat=3.6 bar
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2.2 Transformação de energia
"Caro leitor, é meu objectivo nesta rubrica de hoje fornecer-lhe algumas ideias novas de como poderá poupar mais em sua casa e ao mesmo tempo ao país. Sim ! Não fique surpreendido por eu estar a tentar fazê-lo acreditar que poupar em sua casa é ajudar o país a poupar. Senão, comece por pensar em algo que se calhar devido à correria do seu dia-a-dia nunca pensou... De onde vem a luz quando à noite vai à cozinha buscar o copo de leite ? Ou quando liga a televisão? Se calhar acha a pergunta fácil ... Vem da EDP, não é verdade ?! É a ela que pagamos as contas, e são os seus trabalhadores que lá vão desligar a electricidade quando as contas não estão em dia... Aí, acaba o copo de leite fresquinho antes de ir para o óó e as notícias antes do jantar ... Mas deixe-me levá-lo um pouco para além disso... Vamos fazer uma viagem através dos cabos de alta tensão. Pronto ? Olhe para a televisão se a tiver ligada, ou então, acenda uma luz e coloque-se dentro da lâmpada... Aqui vamos nóóóóós.... É muito rápida a velocidade dentro destes cabos... Chegámos à central termoeléctrica. Viemos aqui parar e devo confessar que nem eu sabia. É que a nossa electricidade vem de centrais termoeléctricas e hidroeléctricas. Mas a maioria é passada pelas termoeléctricas. Aqui temos um lindo equipamento! Máquinas muito grandes! E tal como nós precisamos de comida para poder viver e trabalhar, também elas têm de ser alimentadas, mas não é com cozido à portuguesa! O que elas gostam mesmo é de uns combustíveis chamados fuel. Os “donos” delas dão-lhe muito disso, e podem acreditar que elas comem bem, mas não trabalham assim tanto ! Não é que sejam preguiçosas, mas nem todo o trabalho que fazem consegue chegar às nossas casas. Podemos já aqui pensar que nas centrais termoeléctricas estamos a gastar mais do que aquilo que vamos obter no final. O consumo é portanto muito elevado, pois em compensação o rendimento desta trabalheira toda é baixo ! Vamos ver agora de onde vem o fuel ? Onde é que os senhores da central o foram buscar... Ali está um bom caminho, a conduta é larga... Arghhhh... Sujei-me toda! Estás bem ?" ...
Mafalda Tavares, 1999
Mafalda Tavares foi aluna na época de 1998/99, tendo produzido este texto no 1º teste de AES em resposta a
uma pergunta onde se solicitava a escrita de um artigo sobre transformação de energia a publicar em jornal de
grande circulação. Ao extracto acima copiado seguia-se a descrição dos poços de petróleo, que agora se deixa
à imaginação do leitor.
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2.3 Diagrama de Sankey
Os processos de transformação de energia são inúmeros, assim como são variadas as fontes e as formas de
energia. Propõe-se na disciplina a estruturação da transformação de energia em 4 formas:
• Energia primária
• Energia final
• Energia útil
• Energia produtiva
A energia final é a forma comercial da energia. Por essa razão é apresentada em primeiro lugar. A energia final
é a forma de energia medida nos contadores, seja à entrada das fábricas, das habitações domésticas ou até
nas estações de serviço. A sua unidade física depende da forma de energia, kWh na electricidade, litros na
gasolina, m3 no gás natural, kg no fuel-óleo e propano. Toda a energia final sofreu processos de transformação
a montante e destina-se a ser utilizada em equipamentos para conversão final, como é o caso de uma simples
lâmpada. Assim, a energia final situa-se entre a energia primária e a energia útil.
Na electricidade a energia final obtém-se por equivalência directa de unidades (1 kWh corresponde a 3600 kJ).
Nos combustíveis a energia final é avaliada com base na energia libertada na sua queima, isto é, no poder
calorifico em combustíveis. Quando o combustível contém hidrogénio (como se verifica nos hidrocarbonetos)
a literatura apresenta dois valores de poder calorífico, um superior (PCS) e outro inferior (PCI)5.
5 Por exemplo, a reacção de combustão do gás propano em ar obedece à seguinte expressão: C3H8 + 5 (O2 + 3.8 N2) = 3 CO2 + 4 H2O + 18.8 N2 A energia libertada corresponde ao poder calorífico superior. No entanto, como por cada mole de propano
queimada formam-se 4 mole de água, pode-se dividir esta energia numa componente sensível e noutra latente. A componente sensível corresponde à energia que seria necessário retirar aos gases resultantes da combustão para os arrefecer até à temperatura anterior à queima, sem considerar efeitos de condensação. Recebe a designação de poder calorífico inferior (PCI). A componente latente está associada à energia de condensações ocorridas durante o processo de arrefecimento, nomeadamente do vapor de água. No caso do propano, o PCS é de 50400 kJ/kg, enquanto que o PCI é de 46000 kJ/kg.
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Existe uma certa tendência em considerar o PCI nos combustíveis com enxofre e o PCS nos outros. A razão de
tal prática resulta do facto da condensação do ácido sulfúrico ocorrer, à pressão atmosférica, próximo de
120ºC, tornando impraticável a condensação do vapor de água que ocorre abaixo dos 100ºC. De frisar que a
condensação da água pode mesmo ser impraticável se o excesso de ar de combustão for muito elevado6.
A energia primária é a verdadeira fonte energética. Pode assumir a forma de energia renovável, energia fóssil,
mineral ou ser resultado de resíduos.
Tomando por referência a energia final, a energia primária resulta da adição à energia final de todas as
degradações de energia que estiveram associados ao processo de transformação de energia primária em
energia final.
Estas degradações podem ter várias origens. Podem estar associadas ao transporte da energia7, à
transformação de energia, ou à construção dos equipamentos de transporte e transformação de energia,
recebendo esta parcela a designação de capital de energia. Por exemplo, desde o momento em que o petróleo
bruto é detectado até queimar numa caldeira, já como produto refinado, por exemplo fuel-óleo, a degradação
de energia não pára de crescer (extracção, transporte, refinação, transporte).
Resulta desta definição que a energia primária é sempre superior à energia final. Mesmo no caso da energia
eléctrica de origem renovável tal se verifica, uma vez que neste caso apenas a parcela de transformação de
energia, energia eólica para energia eléctrica, pode ser considerada nula, uma vez que o potencial eólico
mundial é imenso8.
O estudo da produção de electricidade constitui um exemplo motivador desta análise. A electricidade pode ser
produzida com base em recursos renováveis ou não renováveis.
6 Num processo de arrefecimento até à temperatura ambiente, a condensação só se verifica se a temperatura
de saturação, determinada pela pressão parcial do vapor de água nos gases de combustão, for superior à temperatura ambiente. Tomando o exemplo de combustão estequiométrica de propano, a pressão parcial do vapor de água é de 15.5 kPa (4 /(3+4+18.8)), a que corresponde uma temperatura de mudança de fase de 55ºC, logo há condições de condensação. Mas se o excesso de ar for superior a 700% a pressão parcial do vapor de água é inferior a 2.3 kPa, descendo a temperatura de condensação abaixo dos 20ºC.
7 Como referido, em 1998 as perdas de transporte e distribuição de energia eléctrica representaram 10% do consumo total.
8 Uma zona diz-se que tem potencial eólico quando o vento sopra a velocidade aceitáveis, da ordem dos 5 a 7 m/s durante mais de 2000 h/ano. No entanto, estes parâmetros são definidos exclusivamente pela relação entre os actuais preços da electricidade e o investimento associado às torres eólicas.
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Nas centrais hidroeléctricas a electricidade é produzida através da conversão da energia potencial da água dos
rios em energia mecânica através da sua passagem numa turbina aproveitando a diferença de cotas. A
hidroelectricidade é produzida em centrais do tipo albufeira e em centrais a fio de água. No primeiro caso a
água é armazenada em albufeira, constituindo uma reserva estratégica na medida em que a electricidade
pode ser produzida quando se pretende, tanto mais que o tempo de arranque dos grupos electroprodutores é
muito curto. Nas centrais a fio de água a produção eléctrica está directamente relacionada com o caudal do
rio. A produção hídrica divide-se ainda nos grandes aproveitamentos e nas mini-hídricas. Em Portugal a
potência instalada nos grandes aproveitamentos do tipo albufeira é superior à potência das centrais a fio de
água, mas a produção eléctrica destas última é superior.
Quadro 2.1: Desagregação da potência e produção eléctrica em grandes aproveitamentos
A produção eléctrica com base em energia eólica é ainda incipiente em Portugal, com poucas centenas de MW
instalados, quando as necessidades nacionais se situam nos 7 GW. No entanto, a totalidade dos projectos a
aguardar aprovação ultrapassa os 5 GW. A energia eólica é proporcional ao cubo da velocidade do vento, o
que amplia para a produção a grande variabilidade do vento, e, naturalmente, torna esta energia não ajustada
ao perfil de consumo.
A produção fotovoltaica tem ainda uma menor expressão, uma vez que o investimento por kW instalado é
muito elevado9 devido ao custo de produção do silício, elemento de base da célula fotovoltaica10. No entanto,
recentes descobertas nas área dos materiais plásticos poderão vir a tornar a energia fotovoltaica muito mais
competitiva.
9 A electricidade produzida em células fotovoltáicas só encontra rentabilidade económica a preços de venda da
ordem dos 0.3 €/kWh, o que é cerca de 6 vezes superior ao preço de mercado. 10 O consumo energético associado à produção do silício de uma célula é da ordem de grandeza da energia
que essa célula pode produzir ao longo da sua vida útil.
Albufeira Fio de água Total Albufeira Fio de água TotalCávado-Lima 1,099 1,099 2,451 2,451Douro 210 1,596 1,806 362 6,318 6,680Tejo-Mondego 648 130 778 1,266 364 1,630TOTAL 1,957 1,726 3,683 4,079 6,682 10,761
53% 47% 38% 62%
PRODUÇÃO ANUAL (GWh)POTÊNCIA INSTALADA (MW)SISTEMA
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No que respeita à produção eléctrica por recursos não renováveis, as centrais seguem ciclos termodinâmicos.
Nas centrais baseadas no ciclo de Rankine11, o rendimento da conversão de calor em electricidade é, no
máximo, de 40%, enquanto que nas centrais de ciclo combinado12 o rendimento atinge 55%.
No caso das centrais termoeléctricas13, aos combustíveis queimados corresponde um determinado valor
energético. Não é, no entanto, correcto considerar como energia primária apenas a energia libertada na
queima destes combustíveis uma vez que a sua utilização na central obrigou a um conjunto de operações de
transporte e de transformação da matéria prima em combustível envolvendo consumos energéticos: do poço
de petróleo bruto para fuel-óleo ou da mina de carvão para carvão de consumo.
Resulta assim que a electricidade que nos chega a casa, embora tenha sempre o mesmo valor de energia final,
tem diferentes valores de energia primária consoante a sua origem.
A energia útil está directamente relacionada com a eficiência dos equipamentos que consomem energia final.
A luz produzida por uma lâmpada é um exemplo de energia utilizável. Como a conversão de electricidade em
radiação visível da luz apresenta um baixo rendimento, a energia utilizável é significativamente inferior à
energia final. Mas nem sempre tal se verifica. Por exemplo, uma bomba de calor (na gíria, um ar condicionado)
produz mais energia utilizável do que a energia final que consumiu, uma vez que uma boa parte do calor
provem do ar atmosférico exterior.
Finalmente, o conceito de energia produtiva reporta à eficácia da utilização da energia. De pouco serve ter
lâmpadas muito eficientes se as luzes ficarem ligadas numa sala vazia. A energia produtiva difere
subjectivamente da energia utilizável, e a ela estão associados conceitos de produtividade, uma vez que à
mesma quantidade de energia pode estar associada a valores muito diferentes de geração de riqueza.
A articulação destas várias componentes energéticas são reunidas no chamado diagrama de Sankey, ilustrado
na figura seguinte. Procura este diagrama ilustrar a relação entre a energia primária e a energia produtiva e
nas várias etapas de transformação.
11 Estes ciclos têm como fluido a água e apresentam os seguintes equipamentos básicos: bomba de água,
caldeira de vapor sobreaquecido, turbina de vapor e condensador. 12 Trata-se de um ciclo de turbina de gás combinado com um ciclo de Rankine. O ciclo de turbina de gás
apresenta um rendimento da ordem dos 35%. Os restantes 65% de calor correspondem a gases de escape, que são utilizados como fonte de calor da caldeira do ciclo de Rankine. O rendimento deste é da ordem dos 35%, pelo que o rendimento global do ciclo combinado é de 55% (35%+65%×30%). Para além do maior rendimento, estas centrais envolvem um menor investimento e são de construção mais rápida.
13As centrais termoeléctricas de ciclo de Rankine com consumo de fuel-óleo são as centrais do Carregado (750 MW), Setúbal (1000 MW) e Barreiro (64 MW). As centrais de Sines (1256 MW) e do Pego (1200 MW) queimam carvão, igualmente segundo um ciclo de Rankine. A Central da Tapada do Outeiro é a única central que queima gás natural e segundo num ciclo combinado. Está prevista a construção de uma nova central no Carregado, igualmente com ciclo combinado.
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Figura 2.2: Transformação da energia
2.4 A TEP como unidade de energia primária
• Renovável: Energia potencial, biomassa, solar, eólico, marés • Fóssil: Petróleo, carvão, gás natural • Mineral: Urânio • Resíduos: Resíduos agrícolas, industriais, domésticos
• Barragens/fio de água, termoeléctricas, torres eólicas, painéis solares, nuclear.
• Refinarias • Cogeração, queima de
biomassa/resíduos. • Transp. combustíveis, redes
eléctricas. • District heating
Fon
tes d
e Energia
Transform
ação d
e Energia
Utilização d
e Energia
• Produção • Transporte • Conforto
Primária
Final
• Motor eléctricos • Lâmpadas • Caldeiras • Permutadores • Motores térmicos C
onversão de
Energia
Utili- zável
Produtiva
Deg
radaçã
o de en
ergia
prim
ária
Deg
radaçã
o de en
ergia
final
Desp
erdício
de en
ergia
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A tonelada equivalente de petróleo, tep, é a unidade de energia primária consagrada mundialmente. A tep
corresponde a um hipotético petróleo que liberta na sua combustão um calor correspondente a 10 Gcal/ton
(ou 41.87 GJ/ton).
A conversão de um consumo de energia final para um consumo em energia primária utilizando a unidade tep,
obriga à definição de coeficientes dimensionais de conversão.
O cálculo deste coeficiente deverá ter em consideração que a energia primária é obtida por:
Energia primária = Energia final + Energia para transformação + Capital de energia
Exemplo 2.2: Conversão para tep
Pretende-se conhecer o coeficiente de conversão da electricidade para energia primária nas unidades tep/MWh, sabendo-se que a central térmica tem um rendimento de 40% e que o combustível é um hidrocarboneto refinado que liberta na sua combustão 9500 kcal/kg. Os consumos energéticos associados à sua extracção, transporte e refinação representam 1000 kcal por cada kg de combustível refinado. A tep representa um valor energético de 10 Gcal.
Resolução:
A energia final associada a 1 MWh eléctrico equivale a 860 Mcal. A energia de transformação tem duas componentes. A primeira relaciona-se com o rendimento do ciclo termodinâmico e a segunda o combustível utilizado. Sendo o rendimento da central de 40%, a energia indirecta do ciclo corresponde à degradação de energia de combustão será de:
Degradação de energia no ciclo = eMcal/MWh 1290%6040%
Mcal 860=×
Para determinar a energia de transformação associada ao combustível é necessário calcular a quantidade de combustível envolvida. Esta quantidade calcula-se por:
Combustível queimado = ekg/MWh 262Mcal/kg 9.540%
Mcal 860=
×
A energia de transformação associada ao combustível será então:
Energia transf. combust. = 1 Mcal/kg × 226 kg/MWhe = 226 Mcal/MWhe
Para as condições do problema, 1 MWh eléctrico envolve o seguinte consumo de energia primária:
Energia primária = Energia final + Energia transformação
= 860+(1290 + 226) = 2376 Mcal/MWhe
O coeficiente de conversão será:
Conversão para tep = ee tep/MWh372.0 Mcal/tep 10000
Mcal/MWh 2376=
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16
2.5 Consumo médio e marginal
O conceito de consumidor marginal assume que quando um sistema energético é solicitado por uma nova
necessidade de produção, será a produtora de pior rendimento que produzirá essa energia, uma vez que as
produtoras de melhor rendimento já se encontraram à carga máxima. Estabelece-se assim, uma relação de
elasticidade entre a energia primária e a energia final.
Uma aplicação deste conceito pode ser feito, por exemplo, ao consumo de electricidade. Ao contrário de
outras formas de energia, não é possível associar com rigor um determinado consumo de electricidade com a
central eléctrica que a produziu. Em termos da relação entre energia final e primária o resultado poderia ser:
• Se a electricidade fosse produzida de uma fonte renovável, o coeficiente seria 0.086 kgep/kWh se as
perdas na rede eléctrica fossem nulas14. Admitindo que as perdas são de 10%, então o coeficiente
sobe para 0.095 kgep/kWh.
• Se a electricidade tiver origem numa termoeléctrica o coeficiente poderá variar entre 0.15
kgep/kWh, numa central de ciclo combinado, e 0.29 kgep/kWh, numa central de turbina a gás com
uns anos, traduzindo rendimentos globais de 50%15 a 30%16.
Conforme ilustrado no Quadro 2.2, a produção de electricidade com origem renovável é minoritária em
Portugal, pelo que o sistema eléctrico requer o apoio de centrais térmicas. O RGCE17, considera o coeficiente
0.29 kgep/kWh, valor que poderá ser um pouco exagerado na medida em que o nosso parque eléctrico já não
se socorre das centrais de turbina a gás instaladas na década de 70 em Tunes18 e Alto Mira19.
A aplicação rigorosa do conceito de consumidor marginal obrigaria a uma permanente avaliação do
coeficiente, podendo inclusive assumir valores de central renovável quando o consumidor marginal estiver a
ser abastecido por exemplo por uma hidroeléctrica a fio de água.
14 A unidade kgep corresponde a quilograma equivalente de petróleo. O valor de 0.086 kgep/kWh provém da
equivalência de unidades, uma vez que 1 kWh = 3.6 MJ = 0.86 Mcal e 1 kgep = 10 Mcal. 15 Ciclo combinado, com 10% de perdas na rede (55%*90%) 16 Ciclo de turbina de gás, com 10% de perdas na rede (33%*90%) 17 Regulamento de Gestão dos Consumos de Energia 18 Situada perto de Silves, a central iniciou exploração em 1973. Possui 4 grupos de turbina a gás, está
preparada para queima de gasóleo e apresenta uma potência instalada total de 237 MWA. 19 Situada a 15 km de Lisboa, a central iniciou exploração em 1975. Possui 6 grupos de turbina a gás, está
preparada para queima de gasóleo e apresenta uma potência instalada total de 192 MWA.
Miguel P. N. Águas
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17
A aplicação do conceito de consumidor marginal penaliza acima da média o consumo de energia primária de
um novo consumidor, mas, em compensação, valoriza acima da média a poupança de energia primária
resultante da redução do consumo de energia final.
Quadro 2.2: Distribuição da produção eléctrica em Portugal entre 1999 e 2001. Fonte: DGE20 (2004)
O conceito de consumidor médio considera que todos os consumos energéticos devem ser tratados por igual.
Admitindo 10% de perdas na rede de transporte, quando o consumidor utiliza 1 kWheléctrico, obriga à produção
de 1.1 kWheléctricos pelas Centrais. Esta energia é produzida em 74% em centrais térmicas e 36% em centrais
hídricas. Considerando um rendimento de 40% na produção térmica, concluí-se que o consumo de 1 kWh
obriga a uma entrada de energia no sistema eléctrico de 2.45 kWh.
finalprimario /kWhkWh 2.4590%
40%
KWh 174%kWh 136%
=×+×
Considerando a equivalência para tep (1 kWh = 0.086 kgep), resulta um coeficiente de conversão para tep de
0.21 kgep/kWh.
2.6 Resíduos comburentes
A utilização de combustíveis reciclados coloca um novo problema na análise da conversão para tep, conforme
seguidamente se exemplifica com o processo de produção de rolhas de cortiça.
No processo de corte e granulação forma-se pó de cortiça com diâmetro inferior ao milímetro, designado por
finos, e que são rejeitados no processo produtivo. Três podem ser os destinos do pó de cortiça:
1) Queimados na própria instalação que o produz para aproveitamento de calor, eliminação de
consumos de um hidrocarboneto, propano, por exemplo.
2) Vendidos e queimados numa outra instalação industrial (geralmente cerâmicas) que igualmente
poderão substituir consumos de um hidrocarboneto.
20 Direcção-Geral de Energia
Unidade: GWh/ano 1999 2000 2001 Média 1999-2001
Termo-electricidade 35453 31802 31767 33008Hidro-electricidade 7837 11965 14733 11512
TOTAL 43291 43767 46500 44519% de termo-elec. 82% 73% 68% 74%
Miguel P. N. Águas
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18
3) Aterro industrial.
Diferenciam-se os dois primeiros casos apenas no transporte do pó de cortiça, pois em quaisquer deles resulta
numa redução do consumo de hidrocarbonetos, isto é, de energia primária. Tudo se passa como se a fábrica
de rolhas de cortiça gerasse energia primária.
No terceiro caso, não só este potencial se perde como o transporte ao aterro obriga a maior consumo de
hidrocarbonetos.
2.7 Electricidade específica
O conceito de electricidade específica visa caracterizar o tipo de utilização de energia na forma de
electricidade. Considera-se que uma utilização de electricidade é especifica se esse consumo de energia não é
substituível por outra forma de energia. Por exemplo, um computador consome electricidade específica.
A classificação de um consumo em electricidade específica baseia-se também em razões culturais e
económicas. Por exemplo, a iluminação artificial é considerada como um consumo de electricidade especifica,
pese embora que poderá ser substituída pelos antigos candeeiros a petróleo ou velas.
2.8 Soma de consumos energéticos
O consumo energético de um processo que utilize várias formas de energia final, pode ser avaliado na unidade
de energia, J, ou na unidade tep. No primeiro caso a análise desenvolve-se em termos de energia final
enquanto que no segundo a análise é feita em respeito à energia primária.
Tipicamente as várias formas de energia não são utilizadas com o mesmo objectivo, uma vez soluções
tecnológicas não oferecem geralmente a possibilidade real de intermutação entre a electricidade e
combustíveis. Por exemplo, a electricidade é tipicamente utilizada no accionamento de motores e na
iluminação, enquanto que os combustíveis estão associados a processos de aquecimento. Neste contexto, não
é recomendável utilizar a soma dos consumos energéticos em energia final como o único indicador energético
de uma instalação.
O consumo de energia primária é o indicador correcto.
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19
Exemplo 2.3: Energia final e primária
Pretende-se aquecer uma habitação. Este aquecimento pode ter 3 formas diferentes:
1) Aquecimento eléctrico por efeito de Joule
2) Aquecimento central através de queima de gás natural para aquecimento de um circuito de água quente. A caldeira apresenta um rendimento de 90%.
3) Aquecimento do ar através de uma bomba de calor com uma eficiência de 2.5.
São fornecidos os seguintes elementos: 0.1€/kWheléctrico, 0.6 €/m3 GN, PCI GN=39.5 MJ/m3,
Coeficientes de conversão para energia primária: 0.29 kgep/kWheléctrico, 0.91 kgep/m3 GN
Qual a posição destas 3 soluções em termos dos consumos de energia final e primária e em termos da factura energética ?
Resolução:
Neste problema a energia útil é igual para todas as soluções. Os resultados são analisados para 1 kWhtérmico fornecido à casa.
Na solução 1) o rendimento da conversão de energia final em energia útil é de 100%, logo o kWh útil custa 0.1 €. Tratando-se de energia eléctrica, o consumo de energia primária será 0.29 kgep.
Na solução 2) o rendimento da conversão de energia final em energia útil é de 90%, logo o fornecimento de 1 kWh obriga à queima de 0.101 m3 de gás natural, custando 0.06 €. Em energia primária, tendo em conta o factor de conversão do propano, corresponderá a 0.115 kgep.
Na solução 3) a eficiência da conversão de energia final em energia útil é de 250%, ou seja, 3/5 da energia provêm do ar atmosférico. Por este motivo a despesa é de apenas 0.04 €/kWh útil. Sendo a bomba de calor alimentada a electricidade o consumo de energia primária é de 0.116 kgep.
Na tabela seguinte apresentam-se os resultados para o fornecimento de 1 kWh de calor à habitação.
Quadro 2.3: Comparação de soluções de aquecimento
Conclui-se que a melhor solução é a bomba de calor em termos de energia final e de factura. Contudo em termos de energia primária, isto é, de energia efectivamente consumida no país, a solução de caldeira é a mais indicada.
Se a análise considerasse o investimento, naturalmente que as resistência eléctricas seria a solução mais económica. O investimento da bomba de calor seria superior aos demais mas com a vantagem de produzir frio pela simples inversão do sentido do ciclo.
Item Resistências Caldeira Bomba de calorPreço da energia 0.1 €/kWh e 0.6 €/m3 GN 0.1 €/kWh eConsumo por kWh de calor 1 kWh e 0.101 m3 GN 0.4 kWh eEnergia final 3600 kJ 4000 kJ 1440 kJCoef. EP/EF 0.29 kgep/kWh 0.91 kgep/m3 GN 0.29 kgep/kWhEnergia primária 0.290 kgep 0.092 kgep 0.116 kgepCusto por kWh de calor 0.10 €/kWh c 0.06 €/kWh c 0.04 €/kWh c
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20
2.9 Consumo específico e rendimento
2.9.1 Consumo específico
O consumo específico de uma operação unitária define-se por:
Consumo Especifico = Produção de Caudal
Potência
Produção de Unidade
Envolvida Energia= (Eq. 2.2)
Nestas expressões a produção corresponde à produção útil, que será menor ou igual ao caudal de entrada em
função do resíduo gerado na operação unitária.
O consumo específico é um indicador muito utilizado quando se pretende comparar a eficiência energética
entre diferentes tecnologias no fabrico de um produto ou na oferta de um serviço. A razão da sua utilização
sistemática baseia-se na simplicidade do seu cálculo, envolvendo grandezas de directa avaliação, como a
potência média e o caudal produtivo médio.
A esta simplicidade contrapõe-se o problema de constituir um indicador dimensional e como tal não permite
inferir do grau de optimização energética do processo.
2.9.2 Rendimento
O rendimento energético é um indicador adimensional definido por:
Rendimento Energético =Envolvida Energia
Mínima Energia (Eq. 2.3)
Em relação ao consumo específico, o rendimento tem a vantagem de ser adimensional, limitado entre 0 e 1 e,
pela sua definição permite dar uma ideia imediata do grau de optimização energética do processo.
Miguel P. N. Águas
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21
2.9.3 Discussão
A utilização de energia poderá ser sistematizada em três grandes grupos:
• Conversão entre formas de energia.
Trata-se dos processos de conversão de calor em trabalho (produção termoeléctrica, automóveis,
etc…) ou de trabalho em calor (bombas de calor, efeito de Joule, efeito de Peltier, etc…). Nestes
processos o produto final é a energia na sua nova forma. Uma central termoeléctrica converte o
calor libertado pelo combustível em electricidade, enquanto que no motor de um automóvel o
produto final é potência mecânica ao veio; uma bomba de calor utiliza potência mecânica para
alterar (aumentar ou reduzir) a temperatura de um caudal.
• Processos de alteração da energia interna.
Corresponde a processos em que o produto final apresenta um maior valor energético do que o
produto original, existindo assim uma incorporação de energia no produto. Uma caldeira promove a
vaporização de um caudal de água líquida, aumentando o calor latente. Num forno cerâmico, o
material no final da fase de aquecimento de cozedura atinge temperaturas da ordem dos 1000ºC,
aumentando o seu calor sensível.
• Irreversibilidades.
A grande maioria dos processos, quando observados de uma forma mais abrangente têm por
objectivo vencer irreversibilidades. Por exemplo, num automóvel a velocidade constante e num
plano horizontal, a energia é utilizada para vencer a resistência do ar e as irreversibilidades
associadas ao funcionamento mecânico. No exemplo dos secadores de múltiplo efeito o consumo
energético está relacionado com a irreversibilidade decorrente de uma transferência de calor com
uma diferença de temperatura finita.
Enquanto que para os primeiros dois casos (conversão de energia e alteração de energia interna) o indicador
rendimento é facilmente calculável, verifica-se que no caso das irreversibilidades apenas o consumo especifico
poderá ser calculável. Efectivamente, conceptualmente será sempre possível imaginar um automóvel com
atrito infinitamente pequeno nos seus elementos mecânicos e com o ar. Na ausência de irreversibilidades, tal
automóvel não teria consumo energético enquanto se deslocasse na horizontal e a velocidade constante.
Miguel P. N. Águas
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22
Exemplo 2.4: Consumo específico do transporte
Determine o consumo específico total do transporte de mercadorias, com as seguintes características de acordo com Boustead e Hancock (1970):
1) consumo especifico em combustível de camião de 8 ton de carga de 1.1 MJ/(ton×km)
2) consumo energético envolvido no fabrico de um camião de 187 000 MJ
3) vida útil de 240 000 km
A componente de energia final e transformação corresponde ao consumo de combustível no camião, enquanto que a componente de capital é calculada com base na energia envolvida no seu fabrico dividida pela sua produção ao longo da sua vida útil. Esta última componente calcula-se em 0.1 MJ/(ton.km). Deste modo, o consumo especifico será de 1.2 MJ/(ton.km).
Neste exemplo a fronteira espacial está limitada ao camião e a fronteira temporal tem em consideração o fabrico do camião e, para esse cálculo, o subsistema considerado restringe a fronteira espacial ao fabrico do aço.
Miguel P. N. Águas
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2.10 SGCIE
NOTA: SECÇÃO NÃO ACTUALIZADA
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24
2.10.1 Auditoria energética e plano de racionalização
A auditoria energética já foi aqui referenciada como sendo o documento de consultoria consignado no RGCE,
obrigando o responsável a estar reconhecido pela DGE para a CAE (Classificação das Actividades Económicas) a
que a instalação pertence.
Este documento consiste em 3 capítulos:
• consumos e produções históricas
• balanços energéticos
• medidas de conservação de energia
O primeiro consiste numa análise da contabilidade energética e procura caracterizar a produção, o consumo
energético e o consumo específico histórico (CE0). Trata-se de um cálculo simples quando a empresa produz
um único produto, mas que se complica quando há mais produtos distintos.
Os balanços energéticos são obtidos por medições das grandezas termodinâmicas e eléctricas nos principais
equipamentos, por forma a identificar o potencial de conservação de energia e para desagregar os consumos
pelos vários produtos (se houver mais do que um).
Finalmente as medidas preconizadas, que resultam directamente dos balanços energéticos, são quantificados
economicamente pelas poupanças energéticas previstas e pelo investimento associado.
O cronograma e o impacto da implementação das medidas preconizadas nos consumos específicos constitui o
documento de plano de racionalização. O plano de racionalização (acompanhado da auditoria energética) tem
de merecer aprovação da DGE.
As empresas devem produzir relatórios trimestrais da sua situação energética e enviar anualmente à DGE um
documento de comparação da situação real com as previsões indicadas no Plano de Racionalização. De cinco
em cinco anos é necessário repetir a auditoria energética e apresentar um novo plano de racionalização.
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25
2.11 Conservação de energia
Em função do tipo de análise (em energia final ou em energia primária) as conclusões em termos de eficiência
energética do processo podem variar. No exemplo do aquecimento de ambiente, o aquecimento eléctrico tem
um rendimento de 100% enquanto que o aquecimento por queima de um combustível tem um rendimento da
ordem dos 90% devido à necessidade de exaustão dos fumos quentes. Assim, em termos de energia final o
aquecimento eléctrico é a melhor solução energética. No entanto, atendendo ao rendimento da central
termoeléctrica, conclui-se que em termos de energia primária a solução de queima de um combustível pode
ser a mais indicada para aquecimento.
O conhecimento da energia primária envolvida na produção de uma determinada forma de energia final
constitui uma das vertentes da conservação de energia: quanto menor for a energia primária consumida por
unidade de energia final mais “verde” é a forma de energia. Esta razão (energia final / energia primária) traduz
fundamentalmente o rendimento energético dos sectores de transformação energética.
No entanto, consumir eficientemente energia não se reduz apenas à escolha da forma de energia final que
tenha envolvido menores consumos de energia primária, mas passa também pela escolha da solução
tecnológica que converta energia final em energia útil de forma mais eficiente. É caso da lâmpada
incandescente e da lâmpada fluorescente.
Finalmente, surge a poupança energética como atitude ao nível do utilizador.
Conservar energia envolve assim 3 tópicos fundamentais:
• Seleccionar a energia final
• Optimizar a tecnologia
• Poupar energia
Actuando em todas as vertentes, o consumo fóssil será reduzido.
A conservação de energia, se bem que constituindo o caminho racional para a redução dos consumos de
energia primária, e estando no discurso de todos os políticos, revela-se em muitas situações sem um grande
resultado prático. Esta constatação obriga a um reflexão sobre as principais razões que poderão estar na
origem desta “ineficiência” da conservação de energia, retirados de Anderson (1993), seguidamente listados, e
que se deixa para análise.
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26
• PROBLEMAS DE INFORMAÇÃO
1. Os consumidores estão muito mais bem informados sobre os preços dos equipamentos do
que da sua eficiência energética.
2. Os preços da energia são difíceis de avaliar. Por exemplo qual é o preço efectivo da
electricidade ?
3. Os consumidores acham que compete ao Estado ou aos fabricantes zelar pela eficiência
energética e nunca a eles próprios.
• PROBLEMAS ORGANIZACIONAIS
4. Os governantes intervêm na regulação do mercado da energia de uma forma que confina
os fornecedores de energia como tal, não os obrigando a um papel na conservação de
energia.
5. Mesmo sem a acção do governo, os fornecedores de energia auto confinam-se a tal área.
6. O Governo, ele próprio, utiliza a energia de forma não eficiente, não sendo claramente um
exemplo.
7. A indústria da eficiência energética está fragmentada e mal organizada, mostrando-se
incapaz de competir com os grandes fabricantes de equipamento.
8. A eficiência energética obriga geralmente ao aumento do investimento como contrapartida
de menores custos de exploração.
9. A eficiência energética raramente é feita em situações de aluguer.
• PROBLEMAS FINANCEIROS
10. O aumento do investimento é particularmente grave no consumo doméstico, em especial
nas famílias de fracos rendimentos.
11. A prática de taxas fixas torna menos atractiva a eficiência energética no sector doméstico.
12. As pequenas empresas de produção de equipamentos não têm capacidade de desenvolver
internamente áreas de Investigação e Desenvolvimento no domínio energético.
13. Em eficiência energética aceitam-se geralmente apenas projectos com um pay-back
reduzido.
Miguel P. N. Águas
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27
14. Existe uma prática de subsídios aos preços da energia que pode alterar as condições de
eficiência energética de forma significativa.
15. Os custos energéticos são muitas vezes considerados uma parcela desprezável dos custos
totais domésticos e industriais.
16. Existe uma prática desigual nos impostos nos preços de energia e nos equipamentos.
• PROBLEMAS DE AMBIENTE E DE DEPENDÊNCIA
17. O custo ambiental não é pago directamente pelo consumidor.
18. A dependência das fontes de energia podem ser o factor determinante de uma política
energética.
19. A importação de petróleo pode constituir razão de desequilíbrio da balança de
pagamentos, gerando desemprego, e consequente tendência a um consumo menos
eficiente.
20. As reservas de energia são extraídas com custos energéticos progressivamente superiores.
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28
2.12 Exemplo de aplicação
O seguinte exemplo foi desenvolvido pelo aluno Duarte Farinha na época de 2001/02.
O objectivo deste estudo é comparar dois veículos citadinos (VW Lupo 3l e Fiat Elettra), relativamente às
diferentes tecnologias utilizadas para locomoção e aferir as diferenças no que concerne ao consumo de
energia primária e ao custo por quilómetro.
Fichas técnicas
O modelo mais tradicional é um VW Lupo 3L (ver ficha técnica) que apresenta como principal característica um
consumo reduzido (3 litros/100km). Tal meta foi atingida devido à optimização de vários parâmetros: peso
mais baixo relativamente a outras versões do mesmo modelo (uso de ligas leves com alumínio e magnésio),
aerodinâmica mais cuidada, pneus de baixa resistência ao rolamento e uma caixa de velocidades automática
com modo económico.
O outro automóvel é um Fiat Seicento Elettra que usa motorização eléctrica (ver ficha técnica) cujas baterias
podem ser carregadas numa vulgar tomada doméstica. De salientar que não existindo neste automóvel gases
de escape, é necessário utilizar um pequeno queimador diesel (5kW a potência máxima; depósito de 4 l), para
efectuar o aquecimento interior.
VW
Lupo1.2TDI
motor: (diesel) potência: .................... 45 kW binário: .................... 140 Nm
autonomia: ............... +1000 km prestações: 0-100 km/h, 14,5 s consumo: ...........2,99 l/100 Km peso: ............................. 830 kg preço: 10600+4800(impostos) €
FIAT Seicento Elettra
motor: (eléctrico) potência: .................... 30 kW binário: .................... 130 Nm
autonomia: ..................... 85 km prestações: ....... 0-50 km/h, 8 s consumo: ................. 21,3 kWh peso: ....... 800+400(baterias) kg preço: 19400+4200(impostos) €
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Diagramas de Sankey
A principal diferença entre os diagramas de Sankey prende-se com o tipo de degradação energética em cada
um dos casos. No caso do automóvel diesel, a degradação mais importante é na conversão para energia final.
No caso eléctrico, a parcela mais importante está associada à energia primária posta em jogo.
Cálculos
VW Lupo
o PCI diesel – 35,6 MJ/l
o Rendimento da transformação do petróleo (utilizando o modelo input-output sobre o BEN 1998) –
94%
o 1Kgep – 41,87 MJ
o consumo – 3 l/100km
o preço diesel – 0,70 €/l
• Consumo específico : kgep/100km 2,71MJ/kgep 41.8794%
MJ/l 35,6l/100km 3=
××
• Custo por 100 quilómetros: 2.10 €./l 0.70 l/100km 3 =× €/100km
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Fiat Seicento Elettra o Consumo: 21,3 kWh/100 km
o Preço kWh: 0.0920 € (tarifa normal); 0.0503€ (tarifa bi-horária)
o Coeficientes de conversão para tep:
� A - energias renováveis (0,086 kgep/kWh)
� B - utilizando o modelo input-output sobre o BEN 1998 (0,175 kgep/kWh)
� C - utilizando o conceito de consumidor marginal (0.29 kgep/kWh)
Cada uma das conversões acima enunciadas pressupõe um determinado conceito. Desta forma é necessário
adequar o conceito mais relevante para cada aplicação.
Neste caso, o objectivo é determinar o consumo efectivo (aquele que realmente foi consumido) de energia
primária. Assim, torna-se claro que o coeficiente mais adequado é o que utiliza o modelo input-output pois
utiliza valores de consumos reais. O conceito de consumidor marginal é demasiadamente penalizador pois
assume que seria sempre a produtora de pior rendimento a produzir a electricidade. A conversão de energias
renováveis é irrealista ao assumir que não haveria consumo de recursos fósseis, não deixando no entanto de
ser importante uma vez que indica uma meta a atingir.
A conversão para kgep é neste caso directa, obtendo-se os seguintes valores:
• C.EspecíficoA : 0,086 kgep/kWh × 21,3 kWh/100 km= 1.83 kgep/100 km
• C.EspecíficoB : 0,175 kgep/kWh × 21,3 kWh/100 km= 3.73 kgep/100 km
Custo por 100 quilómetros: • Custo por 100 quilómetros normal : 0,092 €/kWh × 21.3 kWh/100 km= 1.96 €/100 km
• Custo por 100 quilómetros Bi-horária : 0,0503 €/kWh × 21.3 kWh/100 km= 1.07 €/100 km
A partir dos resultados obtidos, pode concluir-se que o automóvel eléctrico apresenta um consumo de energia
primária cerca de 38% (3.73/2.71≈0.38) superior, o que é algo inesperado face ao conceito “amigo do
ambiente” associado a esta solução. Sabendo que a energia eléctrica é maioritariamente proveniente da
queima de combustíveis fósseis, é fácil antever um consequente aumento de emissões de CO2. Apesar destes
resultados pouco animadores, deve referir-se que o automóvel eléctrico permite uma deslocalização da
poluição o que é extremamente importante nos grandes aglomerados populacionais.
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31
Caso as fontes de energia primária fossem exclusivamente renováveis, a redução do consumo de energia
primária (associada ao automóvel eléctrico) seria de 32% (1-1.83/2.71≈0.32). Deve notar-se que nesse caso,
não havendo a montante na cadeia energética emissão de CO2, as emissões associadas ao automóvel eléctrico
seriam nulas.
Do ponto de vista económico, verifica-se que apesar de mais económico (€/100Km), o automóvel eléctrico tem
no elevado valor de aquisição um obstáculo quase intransponível. Admitindo um percurso de 85 km/dia
(autonomia do veículo eléctrico), ao fim de 1 ano (≈260 dias úteis) a vantagem acumulada é de 226 €,
enquanto que o automóvel diesel é 8200 € mais barato.
Comparando as duas soluções, verifica-se que neste caso, o automóvel eléctrico não consegue apresentar
argumentos que contrariem uma existência confinada a aplicações muito particulares. A solução eléctrica não
implica directamente (por si só) uma redução no nível de emissões de CO2, existindo ainda um custo a “pagar”
por uma consciência “limpa”: elevado custo de aquisição, baixas prestações e baixa autonomia. A diminuição
do elevado preço de aquisição só será possível com uma maior redução de impostos neste tipo de veículos
uma vez que o seu volume de produção não permite diluir os custos de investigação. As baixas prestações e
baixa autonomia são consequências do elevado peso das baterias pelo que uma das soluções poderá ser a
tecnologia fuel-cell ou o uso de motorizações híbridas (motor combustão interna + motor eléctrico). Esta
última solução já se encontra comercializada nos modelos Toyota Prius e Honda Insight.
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32
3 INDICADORES
3.1 Introdução
O modelo de desenvolvimento tradicional, adoptado pelos países industrializados nas últimas décadas teve
como preocupação principal o aumento de produtividade como forma de aumentar o bem estar das
populações e descurou o impacto ambiental negativo desta forma de crescimento, bem como a escassez dos
recursos energéticos.
Este modelo de crescimento encontra-se decadente e está a ser substituído, com grandes custos financeiros,
por modelos que visam a definição de uma política de desenvolvimento sustentado que permita garantir o
bem estar das gerações futuras, o que implica uma concertação entre a política energética e a política de
desenvolvimento da actividade económica.
A formulação de uma política de desenvolvimento depende, assim, do rigor da caracterização dos recursos
energéticos, da estrutura do consumo e dos cenários de evolução, ou seja, em última análise, de um modelo
de planeamento energético.
3.2 Reservas e consumo mundial
O consumo mundial de energia atingiu no ano 2000 o valor de 8.7 mil milhões de tep, cifrando-se em apenas
3% a parcela renovável.
Figura 3.1: Distribuição do consumo mundial de energia em 2000. Fonte: BP
Petróleo39%
Gás Natural25%
Carvão25%
Nuclear8%
Hidrica3%
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O consumo mundial de energia segue de perto a distribuição do consumo mundial do petróleo. O chamado
mundo ocidental, América do Norte e Europa, é responsável por mais de metade do consumo apesar de
representarem pouco mais de 10% da população mundial. O consumo de petróleo em 2000 cifrou-se em 3.5
mil milhões de tep.
Figura 3.2: Distribuição do consumo mundial de petróleo em 2000. Fonte: BP
As reservas do petróleo calculam-se actualmente em 142 mil milhões de tep, não satisfazendo mais de 40
anos, a manter-se o actual consumo anual. De entre os vários combustíveis fósseis o petróleo é aquele que
apresenta menores reservas relativamente ao consumo actual. De notar que o volume de reservas calculado
engloba apenas as reservas economicamente exploráveis para o actual preço do petróleo. Tal significa que à
medida que o seu preço sobe as reservas aumentam. O efeito contrário também se verifica. Por exemplo,
quando em 1997 o preço do petróleo atingiu os 10 USD/barril, o esforço de prospecção reduziu-se ao mínimo,
com impacto a médio prazo.
No entanto, o esgotamento das reservas de energia fóssil deixou de ser um verdadeiro problema, pois
acredita-se que se a taxa de emissão de CO2 para a atmosfera mantiver a actual tendência de subida, o
impacto no aquecimento global do planeta impede-nos de esgotar completamente as reservas pois
desaparecemos primeiro.
Médio Oriente6%
Africa3%
Asia e Oceania28%
Ex-União Soviética5%
Europa21%
América do Norte31%
América Central e do Sul6%
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
34
Figura 3.3: Distribuição das reservas mundiais de petróleo em 2000. Fonte: BP
3.3 Portugal e o protocolo de Kioto
O Protocolo de Kioto é um acordo internacional adoptado em Dezembro de 1997 que fixa o compromisso de
redução de pelo menos 5% de redução (média mundial) das emissões de CO2 equivalente em 2008-2012 em
relação às emissões de 1990. Portugal foi um dos cerca de 100 países signatários. O Protocolo encontra-se em
fase de ratificação, entrando em vigor quando estiver ratificado por países que no seu conjunto representem
mais de 55% das emissões mundiais de CO2 equivalente. Pese embora a decisão dos EUA em se demarcar do
Protocolo, está previsto que entre em vigor durante o ano 2000. Os EUA apresentaram recentemente uma
contra proposta baseada na limitação da intensidade de emissões, isto é, emissões por unidade de riqueza
gerada (ver secção de intensidade energética), em vez da limitação absoluta de novas emissões que Kioto
preconiza.
Os gases com efeito de estufa são o CO2, CH4, N2O e compostos halogenados. De entre estes os primeiros 3
estão muito relacionados com o consumo de energia, tendo-se verificado um grande crescimento da sua
concentração na atmosfera. Desde 1750, a concentração de CO2 aumentou em 31%, do CH4 em 151% e do N2O
em 17%. O impacto no efeito de estufa destes gases é muito distinto. Tomando-se como referência o efeito do
CO2, o CH4 tem um efeito 21 vezes superior e o N2O 310 vezes superior.
Médio Oriente66%
Africa7%
Asia e Oceania4%
Ex-União Soviética6%
Europa2%
América do Norte6%
América Central e do Sul9%
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
35
O Protocolo de Kioto permite que Portugal aumente as suas emissões médias anuais em 2008-2012 em 27%,
relativamente às emissões de 1990. Infelizmente as nossas emissões no ano 2000 já foram 28% superiores às
verificadas em 1990, e continuam a crescer ao dobro do ritmo permitido pelo Protocolo de Kioto. No final de
2001 foi colocado em discussão pública o Programa Nacional para as Alterações Climáticas. Nesse documento,
caso venham a ser implementadas todas as medidas consideradas razoáveis, as emissões nacionais em 2010
serão quase 50% superiores às emissões de 1990.
3.4 Política energética
3.4.1 Objectivos
Os objectivos determinantes de uma política energética são:
• a segurança do abastecimento
• baixo preço
• redução do seu impacto ambiental
3.4.2 Metodologia
A metodologia da definição de uma política energética nacional resulta de uma análise a três fases:
• Caracterização da situação
• Análise crítica
• Preconização de medidas
A esta metodologia somam-se os instrumentos disponíveis de actuação e as técnicas de previsão e controle
dos resultados obtidos.
A caracterização da situação energética baseia-se na avaliação dos recursos energéticos disponíveis e
quantificação dos fluxos das várias formas de energia e da sua repartição pelos vários sectores que definem a
estrutura económica nacional.
A quantificação dos fluxos encontra expressão na elaboração do Balanço Energético Nacional, que consiste,
incontestavelmente, no instrumento privilegiado do diagnóstico e da análise do sistema energético, o ponto
de partida de estudos de planeamento, sem esquecer que constitui o instrumento de apoio necessário à
verificação da coerência dos trabalhos de previsão.
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
36
A análise crítica baseia-se no tratamento dos dados disponibilizados pelo Balanço Energético orientada para a
preconização de medidas, quer de criação de infra-estruturas de produção de energia quer de racionalização
do sistema energético, tendo em consideração outros factores tais como o crescimento da população e do
bem estar.
3.4.3 Instrumentos
A actuação na estrutura energética materializa-se na definição de instrumentos de actuação, os quais se
podem classificar em:
• Instrumentos passivos
• Instrumentos activos
Os instrumentos passivos correspondem às acções que as entidades governamentais podem implementar mas
que, por si só, não se reflectem em beneficio energético. Trata-se de acções legislativas de incentivo ao
investimento em conservação de energia ou incentivo ao consumo de outras formas de energia e à
liberalização da actividade na área energética.
Nos instrumentos activos, por sua vez, encontram-se acções directas e indirectas. As acções directas
correspondem à criação de infra-estruturas energéticas, à elaboração de regulamentos de cumprimento
obrigatório e à introdução de novas formas de energia.
As acções indirectas consistem na orientação governamental da política das grandes empresas de produção,
transporte e distribuição de energia, onde destaca a electricidade, os combustíveis líquidos e o gás natural. A
liberalização do mercado da electricidade, com a criação de uma entidade reguladora independente é um
exemplo deste tipo de acções.
Miguel P. N. Águas
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37
3.5 PIB
Todos os anos a população consome uma grande variedade de bens e serviços finais. Bens tal como maças,
laranjas e pão. Serviços tais como cuidados médicos ou telecomunicações. A soma de todo o dinheiro
despendido com o consumo desses bens finais corresponde ao Produto Interno Bruto, PIB, calculado na óptica
do consumo e corresponde ao arco superior da figura seguinte.
Alternativamente, o PIB pode ser avaliado através da contabilidade das empresas a partir das demonstrações
de resultados, somando o valor acrescentado de cada uma das empresas, sendo o valor acrescentado a
diferença entre as vendas da empresa e as suas compras de matérias-primas e de serviços a outras empresas.
Trata-se, neste caso, da avaliação do arco inferior da figura, na medida em que este valor acrescentado traduz-
se no pagamento de salários, rendas e lucros à população.
Figura 3.4: Fluxo de produtos e dinheiro entre as empresas e a população
É indiferente avaliar o PIB através do consumo ou através do valor acrescentado pois conduz aos mesmos
valores, conforme pode ser observado em Samuelson e Nordhaus (1993).
O PIB per capita (PIB/população) caracteriza o grau de riqueza dos habitantes de um país, pois traduz o valor
médio de receita anual de cada um de nós.
Em Portugal, o PIB no ano de 1997 foi de 17.9 mil milhões de contos (INE,2001), o que quer dizer que, em
média cada português ganhou em 1997 cerca de 1700 contos.
População
Empresas
Compras de consumo (fluxo de $ para as empresas)
Fluxo de bens para a população
Salários, rendas, lucros, etc. (fluxo de $ para a população)
Trabalho / informação
Miguel P. N. Águas
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38
3.6 Intensidade energética e desenvolvimento
A intensidade energética (IE) da economia é definida por:
PIBIE
primaria energia de anual Consumo= (Eq. 3.1)
Um elevado valor de IE constitui, naturalmente, uma situação preocupante para uma economia, podendo ser
resultado de várias situações:
• atraso tecnológico em termos de conservação de energia,
• economia baseada em sectores de consumo intensivo de energia (metalúrgicas, cerâmica, vidro)
• consumo energético não directamente produtivo (consumo de particulares).
Existe uma interessante correlação entre a intensidade energética e a produtividade do trabalho
(PIB/habitante), conforme se apresenta na figura seguinte, que representa estes dois indicadores para um
largo conjunto de países.
Figura 3.5: Intensidade energética e PIB per capita em 72 países do mundo em 1999. Fonte EIA (2001)
Da análise desta figura, identifica-se claramente que a produtividade do trabalho está directamente
relacionada com a intensidade energética, diminuindo esta com o aumento da produtividade.
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
PIB per capita em 1999 (USD 1990 /habitante)
kg
ep /
US
D 1
990
América do norte
América do Sul e Central
Europa ocidental
Europa de Leste
Médio Oriente
África
Ásia e Oceania
USA
SuiçaPortugal Espanha
China
Russia
Grandes produtores de petróleo
Japão
Turquia
Coreia Sul
Grecia UK
Alemanha
Singapura
Irlanda
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
39
Outro aspecto relevante é a análise da dinâmica da intensidade energética. Em Portugal a intensidade
energética manteve-se constante na década de 80 mas exibiu uma forte subida nos anos 90, conforme
ilustrado na figura.
Figura 3.6: Evolução da Intensidade energética de energia final em Portugal. Fonte DGE.
Figura 3.7: Evolução da Intensidade energética em vários países ao longo da década de 90. Fonte EIA (2001)
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998
EF(1990=100)
PIB (1990=100)
IE (1990=100)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Turquia Brazil Portugal Israel Grécia Espanha França H-Kong Japão Suiça USA UK Alem. Irlanda
Inte
nsi
dad
e E
ner
gét
ica
(kg
ep /
US
D 1
990)
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
40
A variação da intensidade energética está muito relacionada com o perfil de desenvolvimento de um país.
Países em vias de desenvolvimento exibem taxas de crescimento da intensidade energética positivas, um
pouco à semelhança do verificado quando da revolução industrial, enquanto que nos países desenvolvidos a
intensidade energética apresenta descidas acentuadas. A descida da intensidade energética resulta de um
crescimento económico menos consumidor, quer porque foram implementadas medidas de utilização racional
de energia, quer porque as economias exibem uma acentuado crescimento do sector terciário. Ninguém
dúvida que por igual valor acrescentado, se gasta menos energia para desenvolver uma aplicação informática
do que a produzir tijolos.
Esta situação é confirmada na figura anterior, que representa a evolução da intensidade energética em vários
países do mundo. Nesta figura agruparam-se os países em 3 conjuntos, consoante a taxa de crescimento da
intensidade energética.
Nesta figura é patente a forte descida da Intensidade energética dos EUA, Inglaterra e Alemanha, ou nossa
rival Irlanda, ficando Portugal no grupo dos países que exibem taxas de crescimento positivas na intensidade
energética. Entre estes dois grupos situam-se os países em que a intensidade energética se manteve sem
alteração significativa nos anos 90, ou seja, países que se encontram numa fase de transição do seu modelo de
desenvolvimento, nomeadamente a Grécia e a Espanha, países que já figuraram nas estatísticas ao lado de
Portugal.
Poderá argumentar-se que a posição de Portugal deve-se fundamentalmente à subida muito acentuada do
consumo em transportes, mas tal subida parece ser igualmente uma realidade nos países desenvolvidos.
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41
3.7 Balanço energético nacional
As estatísticas de energia disponíveis correspondem fundamentalmente à publicação anual Balanço Energético
Nacional (BEN), que discretiza o consumo energético nacional por formas de energia e por sectores de
consumo. O BEN pode ser apresentado na sua forma sintética, onde o consumo energético é agrupado em
grandes grupos ou de forma desagregada, com a subdivisão nas formas de energia indicadas na tabela
seguinte
Quadro 3.1: Formas de energia do balanço energético nacional
A unidade de um balanço energético deverá ser, necessariamente, uma unidade energética, o GJ por exemplo.
No entanto, a unidade utilizada é a tep mas com coeficientes de conversão em termos de energia final21. Se
esta unidade reflectisse consumos de energia primária seriam cometidos os seguintes erros:
• a tep reflecte já degradações energéticas.
• a tep tem, na definição dos coeficientes de equivalência conceitos tais como o consumo marginal.
A tabela seguinte representa o BEN de 1998, na sua forma agregada. As primeiras linhas da tabela indicam os
valores referentes à energia primária, seguindo-se os consumos resultantes das operações de transformação
de energia e o consumo final de energia.
O consumo final de energia é seguidamente desagregado ao nível dos sectores (agricultura, industria, etc.) e
dos sub-sectores (têxteis, cerâmicas). É importante realçar que no sub-sector “Quimica e plásticos” se
desagrega o consumo em fins energéticos e fins não energéticos, como é o caso da produção de plásticos ou
de adubos.
21 Por exemplo, o coeficiente de conversão utilizado para a electricidade é 0.086 tep/MWh
Carvão Petróleo (cont.) ElectricidadeHulha e Antracite Imp. Jets Hidro-electricidadeAntraciteNacional Gasóleo Termo-electricidadeCoque DieselOil Gás Natural
Petróleo Fuelóleo Outros ProdutosPetróleoBruto Nafta Gás deCidadeRefugos eProd. Interm. Lubrificantes Gás deCoquePropileno Asfaltos Gás deAlto FornoGPL Parafinas LenhasGasolinas Solventes LicoresSulfíticosPetróleos CoquePetróleo
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42
Quadro 3.2: Balanço energético nacional de 1998. Fonte: DGE
BALANÇO 1998 CARVÃO PETRÓLEO ELECTR. GÁS NAT. OUTROS TOTAL
IMPORTAÇÕES 3,321,035 18,254,370 341,764 697,416 0 22,614,585PRODUÇÃO DOMÉSTICA 0 0 1,135,286 0 1,149,871 2,285,157VARIAÇÃO DE STOCKS 36,016 -19,260 0 -184 0 16,572SAIDAS 0 0 0 0 0 0 Exportações 53,057 1,988,666 318,200 0 0 2,359,923 Barcos estrangeiros 0 375,056 0 0 0 375,056 Aviões estrangeiros 0 285,629 0 0 0 285,629 SOMA 53,057 2,649,351 318,200 0 0 3,020,607TOTAL ENERGIA PRIMÁRIA 3,231,962 15,624,280 1,158,850 697,599 1,149,871 21,862,563PARA NOVAS FORMAS DE ENERGIA 2,781,784 2,216,257 -2,217,252 452,350 55,560 3,288,698 Briquetes 0 0 0 0 0 0 Coque 93,631 0 0 0 0 93,631 Produtos de Petróleo 0 -95,748 0 0 0 -95,748 Gás de Cidade 0 9,467 0 77,846 -81,695 5,618 Termoelectricidade 2,688,153 2,302,538 -2,217,252 374,503 210,341 3,358,282 SOMA 0 0 0 0 0 0SECTOR ENERGIA 0 1,003,731 465,346 7,744 42,933 1,519,754 Consumo próprio refinação 0 876,495 43,000 0 0 919,495 Perdas de refinaria 0 127,236 0 0 0 127,236 coquerie 0 0 258 0 33,483 33,741 centrais eléctricas 0 0 129,430 0 0 129,430 bombagem hidroeléctrica 0 0 8,686 0 0 8,686 gás de cidade 0 0 2,838 0 0 2,838 extracção de carvão 0 0 86 0 0 86 perdas de transporte e distribuição 0 0 281,048 7,744 9,451 298,242ACERTOS ESTATÍSTICOS 1,859 22,752 0 0 0 24,610CONSUMO FINAL 448,320 12,381,540 2,910,756 237,506 1,051,378 17,029,500AGRICULTURA E PESCAS 0 482,670 54,094 825 0 537,589Agricultura 0 477,441 54,094 825 0 532,360Pescas 0 5,229 0 0 0 5,229INDÚSTRIAS EXTRACTIVAS 0 82,911 35,690 393 0 118,993INDÚSTRIAS TRANSFORMADORAS 448,320 3,862,195 1,124,364 221,980 548,409 6,205,268Alimentação 0 322,389 123,152 7,736 95,963 549,239Têxteis 0 165,294 160,304 63 27,398 353,059Papel e artigos de papel 0 261,926 156,778 60 21,736 440,500Químicas e plásticos 12,451 1,753,418 168,646 15,057 25,340 1,974,912das quais matérias primas 0 1,562,420 0 0 0 1,562,420Cerâmicas 0 331,157 56,502 152,569 300,735 840,963Vidro e artigos de vidro 0 189,530 25,198 18,976 33 233,737Cimento 288,821 424,798 97,610 0 6,193 817,422Metalúrgicas 0 15,172 9,030 16,033 3,437 43,672Siderurgia 147,048 27,889 62,866 0 25,667 263,470Vestuário calçado e curtumes 0 11,220 39,818 40 6,744 57,822Madeira e artigos de madeira 0 46,837 71,552 3 31,557 149,949Borracha 0 16,506 9,718 0 1,132 27,357Metalo-electro-mecânicas 0 95,154 114,982 9,026 681 219,843Outras 0 200,906 28,208 2,418 1,793 233,325CONSTRUÇÃO E OBRAS PÚBLICAS 0 859,291 39,904 0 0 899,195TRANSPORTES 0 5,793,105 38,442 0 0 5,831,547Aviões nacionais 0 414,239 0 0 0 414,239Barcos nacionais 0 180,116 0 0 0 180,116Caminho de ferro 0 49,413 38,442 0 0 87,855Eléctricos urbanos 0 57,120 0 0 0 57,120Rodoviários 0 5,092,217 0 0 0 5,092,217DOMÉSTICO 0 728,053 755,424 8,685 481,246 1,973,407SERVIÇOS 0 573,316 862,838 5,623 21,724 1,463,501
Miguel P. N. Águas
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43
3.8 Evolução do consumo
A evolução dos consumos energéticos anuais, em energia final e energia primária, nas últimas duas décadas é
representada na figura seguinte. Todos os gráficos foram construídos com base no Balanço Energético
Nacional. A evolução do consumo apresenta um permanente crescimento com uma taxa anual média de
crescimento de quase 8%, traduzindo-se em quase mais 1 milhão de tep por ano. Esta evolução apresenta, no
entanto, uma quebra significativa entre 1983 e 1985, reflexo da crise económica.
Um aspecto interessante (ou preocupante) corresponde a não ser detectável nos consumos uma influência
marcante dos choques petrolíferos de 1973 e 1980 (em que os preços do crude aumentaram muito
significativamente - ver capítulo relativo aos preços do petróleo), situação apenas verificada na ex-União
Soviética, explicável pela não transparência dos preços da energia. Em contrapartida, a queda dos preços do
petróleo em 1985 parece ser saudada na economia portuguesa com um claro aumento do consumo, com
taxas de crescimento que atingiram no período 1985 a 1989 os 10%.
Figura 3.8: Evolução do consumo de energia primária e energia final
Neste gráfico representa-se igualmente o rendimento global dos processos de transformação de energia,
razão entre energia final e energia primária, denotando-se uma progressiva degradação deste indicador,
caindo cerca de 10% desde 1970.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Mte
p/a
no
40%
45%
50%
55%
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
100%
Co
nve
rsão
E.P
rim
ária
em
E.F
inal
Energia Primária Energia Final EF / EP
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
44
O petróleo surge, no balanço de 1998, como a principal fonte de energia primária, representando 72%. O gás
natural representa apenas 3%, uma vez que foi recentemente introduzido em Portugal. As previsões apontam
para um crescimento significativo podendo vir a representar 9% do consumo de energia primária em 2010,
segundo DGE (2001).
Figura 3.9: Desagregação da energia primária por fontes em 1998. Fonte DGE (2001)
Na figura seguinte os consumos de energia final são desagregados por sectores. Da análise da figura destaca-
se o crescimento imparável dos transportes assim como o consumo em edifícios (doméstico e serviços),
embora não com tanta expressão. O consumo na indústria, embora estável no início da década de 90, mostra
um súbito crescimento no último ano disponível.
Figura 3.10: Evolução do consumo energético nacional por sectores
Petróleo72%
Carvão 15%
Outros 5%
Electricidade 5%
Gás natural 3%
0
1
2
3
4
5
6
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Mte
p/a
no
Agricultura
Industria
Transportes
Doméstico
Não Energéticos
Serviços
Construção
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
45
Na figura seguinte representa-se a dinâmica de crescimento dos consumos energéticos dos vários sectores da
economia nacional desde 1970 até 1998, comparativamente à dinâmica de crescimento médio em Portugal.
Desta análise identifica-se que os sectores da Construção, dos Serviços e dos Transportes são os responsáveis
pelo acentuado crescimento dos consumos, enquanto que o sector Doméstico, a Indústria e a Agricultura
exibem taxas de crescimento inferiores à média nacional.
Figura 3.11: Evolução do crescimento do consumo energético nacional por sectores, quando comparado com o
crescimento médio nacional. Fonte: DGE
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Sec
tor/
Sec
tor
1970
- T
ota
l/T
ota
l 19
70 .
Agricultura
Industria
Transportes
Doméstico
Serviços
Construção
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
46
3.9 O plano energético nacional
O Plano Energético Nacional constitui um documento de planeamento e simulação da estrutura energética
nacional a médio/longo prazo. O plano é desenhado para um período de 30 anos de acordo com um conjunto
de cenários quer económicos quer tecnológicos. Um aspecto curioso em Portugal é o facto de não se avaliar o
desempenho dos planos energéticos nos anos de abrangência, denotando pouco interesse em aprender com
os erros do passado.
O Plano Energético Nacional desenvolvido em 1990 constituiria um bom exemplo dessa aprendizagem na
medida que se tendo baseado em estatísticas energéticas nacionais até ao ano de 1987, e prevendo o
consumo energético até o ano 2010, já em 1992 as previsões estavam obsoletas em certos sectores.
O PEN de 1990 definia valores de consumo energético para os sectores de Indústria, Transportes, Doméstico e
Serviços segundo 3 cenários de desenvolvimento: um pessimista, outro moderadamente optimista (cenário de
referência) e outro de tal forma optimista, que no próprio entender dos responsáveis constituía um majorante
para o consumo energético.
Os gráficos seguintes mostram a evolução real do consumo e os valores previstos pelos 3 cenários.
Figura 3.12: Evolução do consumo energético Nacional e previsões do PEN
0
2
4
6
8
10
12
14
16
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Mte
p/a
no
_
Evolução Real
PEN - Rotura
PEN - Referência
PEN - Majorante
Miguel P. N. Águas
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47
Figura 3.13: Evolução do consumo energético nos Transportes e previsões do PEN
Figura 3.14: Evolução do consumo energético na Indústria e previsões do PEN
0
1
2
3
4
5
6
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Mte
p/a
no
_
Evolução Real
PEN - Rotura
PEN - Referência
PEN - Majorante
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Mte
p/a
no
_
Evolução Real
PEN - Rotura
PEN - Referência
PEN - Majorante
Miguel P. N. Águas
Instituto Superior Técnico
48
Figura 3.15: Evolução do consumo energético nos Serviços e no Doméstico e previsões do PEN
0
1
2
3
4
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000
Mte
p/a
no
_
Evolução Real
PEN - Rotura
PEN - Referência
PEN - Majorante
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3.10 Modelo Input-Output
3.10.1 Aplicação à macro-economia
O modelo Input-Output foi proposto nos anos trinta por Leontief e aplicado à economia dos EUA. Na figura
seguinte apresenta-se o modelo Input-Output.
Figura 3.16: Modelo Input-Output em economia fechada
O objectivo do modelo é estabelecer uma relação entre as necessidades de produção e a procura final de uma
economia tendo em consideração os consumos intersectoriais.
Factores de
produção
Procura final Sectores
Sectores
Trabalho
Importação
Total de compras
Exportação
Consumo particular
To
tal d
e v
en
das
Inputs
Outputs
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50
Para melhor compreensão do modelo considere-se um tecido empresarial desagregado em 3 sectores:
• Sector I (Primário) - Agricultura
• Sector II (Secundário) - Indústria
• Sector III (Terciário) - Serviços
Para além destes sectores a economia faz intervir a procura final e os factores de produção.
Na ausência de exportação, a procura final pode ser encarada como o output dos 3 sectores para o
consumidor final. Por outro lado, os factores de produção correspondem aos inputs das empresas de fora do
seu universo, que nesta economia estará apenas associado ao trabalho.
As vendas (e compras) entre empresas designam-se por fluxos intersectoriais. Desagregando-se as empresas
em 3 sectores, este fluxos podem ser agrupados segundo uma matriz com dimensões 3×3. Esta matriz
designa-se por matriz dos fluxos intersectoriais ou simplesmente por matriz Input-Output.
Na figura seguinte apresenta-se um exemplo de aplicação do modelo Input-Output. Neste exemplo as
empresas encontram-se desagregadas em 3 sectores.
Quadro 3.3: Exemplo não real do modelo Input-Output
Matematicamente, a matriz Input-Output designa-se por matriz S. Quando lida em linha, os valores
correspondem a vendas.
+ = Total de vendas
Agricultura Indústria Serviços Exportação C.privado
Agricultura 5 20 0 20 30 75
Indústria 20 20 10 30 40 120
Serviços 10 30 20 10 30 100
+
Valor acrescentado 20 40 30
Importações 20 10 40
=
Total de compras 75 120 100
Procura intersectorial Procura final
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51
Quando lida em coluna os valores traduzem compras. Por exemplo, a posição S32, significa que os Serviços
vendem 30 unidades monetárias (u.m.) à Industria, enquanto que o total de compras de empresas agrícolas a
outras empresas se calcula por:
∑ =++=3
1=linhalinha,1 .m.u 3510205S (Eq. 3.2)
A procura final, corresponde a um vector, designado por Y. Quando é feita a sua desagregação, este vector
resulta da soma, componente a componente, dos vectores que representam as exportações, (vector E) e o
consumo particular (vector C), ou seja, Yi=Ei+Ci. Por exemplo, C2=40 u.m. significa que a indústria vende 40
u.m. para consumo particular.
Os factores de produção, representados pelo vector F, resultam da soma, componente a componente, do
vector do valor acrescentado (vector VA) com o vector de importações (vector M), ou seja, Fi=VAi+Ii. Por
exemplo, VA1=20 u.m. significa que as empresas agrícolas pagaram em remunerações e lucros 20 u.m.
Finalmente, o vector X pode ter duas leituras. Quando lido em linha, corresponde ao total das vendas de um
sector. Quando lido em coluna, corresponde ao total das compras. Assim, num sector o total de vendas é
sempre igual ao total das compras no modelo Input-Output aqui descrito.
Pode-se facilmente concluir que a soma de todos os valores associados aos factores de produção tem de ser
igual à soma dos valores associados à procura final. A matriz de relações intersectoriais apenas redistribui os
inputs com os outputs.
3.10.1.1 Formulação Matemática do Modelo Input-Output
Considere-se a matriz S formada pelas vendas intersectoriais, o vector Y formado pela procura final de cada
sector e o vector X formado pelos volumes de vendas de cada sector.
[ ]
+=
=+
=
70
50
40
=MAVF
100
120
75
=X
40
70
50
CE=Y
203010
102020
0205rrrrrrr
S
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52
Em cada um dos sectores, ou seja, em cada linha, a matriz S e os vectores Y e X relacionam-se por:
∑ =+n
1=jiiij XYS (Eq. 3.3)
Considere-se uma nova matriz, [a], matriz dos coeficientes técnicos, onde o coeficiente aij significa a fracção de
compras que o sector j fez do sector i, sendo calculada por:
X
Sa
j
ij
ij = (Eq. 3.4)
Para exemplo apresentado, a matriz [a] toma os seguintes valores.
[ ]
=
200.0250.0133.0
100.0167.0267.0
000.0167.0067.0
a
Neste exemplo, a32=0.250 significa que do total de compras da indústria (sector nº 2), 25% são efectuadas ao
sector dos serviços (sector nº 3). Por outro lado, apenas 30% (0+0.1+0.2) das compras do sector dos serviços
(3ª coluna) são feitas a outras empresas. Os restantes 70% resultam de valor acrescentado ou importações,
neste exemplo.
Com base na definição da matriz dos coeficientes técnicos a expressão matricial pode ser substituída por:
( )∑ =+n
1=jiijij XYXa (Eq. 3.5)
Nesta equação, o vector da procura final, Y, pode ser explicitado da seguinte forma:
( )∑−=n
1=jjijii XaXY (Eq. 3.6)
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53
A expressão anterior traduz um sistema de equações (para o exemplo da página anterior), conforme
seguidamente se representa:
( )( )
( ) 333232131
323222121
313212111
3
2
1
Xa1XaXa
XaXa1Xa
XaXaXa1
Y
Y
Y
−−−
−−−
−−−
=
=
=
(Eq. 3.7)
Este sistema de equações pode ser representado na forma matricial:
×
−
=
3
2
1
333231
232221
131211
3
2
1
X
X
X
aaa
aaa
aaa
100
010
001
Y
Y
Y
(Eq. 3.8)
Considerando a matriz identidade, [I], este sistema toma a forma:
[ ] [ ]( )X aIYrr
−= (Eq. 3.9)
A expressão final do modelo Input-Output obtêm-se explicitando os volumes de vendas, envolvendo a inversão
da matriz [I]-[a]
[ ] [ ]( )[ ]Y RX
Y aIX -1
rr
rr
=
−= (Eq. 3.10)
A matriz ([I]−[a])-1 , matriz R, designa-se por matriz inversa de Leontief.
Note-se que além da forma exacta de calcular a inversa de uma matriz, existe uma outra forma muito útil em
cálculo automático22, com a virtude de incluir aspectos pedagógicos.
[ ] [ ]( ) [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]∑∞
=
=++++=−0i
i321- a...aaa I aI (Eq. 3.11)
([I]−[a])-1= [I] +[a] + [a]2 + [a]3 + [a]4 + ... (Eq. 3.12)
22 Esta expressão constitui uma generalização para cálculo matricial do desenvolvimento em série de (1-a)
-1
onde a é uma constante de valor positivo e inferior a 1. Esta condição obriga a que a norma da matriz seja igualmente inferior à unidade, condição que poderá ser satisfeita dada a definição da matriz dos coeficientes técnicos.
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54
Efectivamente, o que este desenvolvimento em série apresenta são os progressivos efeitos cruzados dos fluxos
intersectoriais. O efeito de ordem 0, ([I]−[a])-1= [I], corresponde a considerar que as vendas resultam
directamente da procura final, sendo nulos os fluxos intersectoriais. No efeito de ordem 1, ([I]−[a])-1= [I]+ [a],
as vendas englobam não só a procura final mas também as vendas do sector a si próprio para conseguir
produzir as vendas do efeito 0. Os efeitos seguintes correspondem então aos efeitos múltiplos. A estes efeitos
pode-se, eventualmente, associar a variável tempo, indicando a dinâmica de um sistema.
Naturalmente que quanto mais cheia for [a] mais termos da série são necessários para que o resultado se
aproxime do valor exacto. No exemplo, tem-se os seguintes resultados:
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]
=++
=+
265.1364.0236.0
137.0264.1342.0
017.0206.0116.1
aa I
200.1250.0133.0
100.0167.1267.0
000.0167.0067.1
a I 2
[ ]
=
307.1455.0317.0
166.0331.1404.0
030.0238.0144.1
R
Deste exemplo conclui-se que o efeito de ordem 2 já se aproxima do resultado exacto de forma apreciável.
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55
3.10.1.2 Elasticidade entre a Procura Final e a Produção
A elasticidade entre a procura final (Y) e o volume de vendas (X) corresponde a determinar a variação do
volume de vendas em todos os sectores quando um deles aumenta a sua procura final em 1 unidade.
Considere-se que se pretendia avaliar o efeito na economia do aumento da procura final no sector agrícola em
1 unidade. Tal corresponde a um vector de procura final (recebendo agora a designação simbólica de Y por se
tratar de uma variação) com os seguintes valores: Y=1,0,0 (uma vez que o sector agrícola é o primeiro sector
no exemplo). Aplicando a expressão final do modelo Input-Output obtém-se X=1.144, 0.404, 0.317, num
total de 1.865 u.m. Conclui-se desta análise que o volume de vendas da economia crescerá 1.865 unidades
quando a procura final na agricultura crescer de 1 unidade. A elasticidade será assim de 1.865 (adimensional).
A diferença de 0.865 u.m. resulta dos fluxos intersectoriais. Numa economia onde os fluxos intersectoriais
sejam nulos a elasticidade é unitária, ou seja, não existe qualquer fluxo induzido.
Outro exemplo importante de aplicação corresponde à determinação do efeito que o aumento da procura
final poderá ter nos factores de produção, nomeadamente no valor acrescentado. Uma vez que o somatório
dos valores acrescentados corresponde ao PIB de um país, poder-se-á questionar sobre qual o tipo de
exportação que mais riqueza induz.
A resposta a esta questão obriga à definição do vector de valor acrescentado adimensionalizado pelo vector de
compras (ou vendas), à semelhança do que se fez para a matriz dos coeficientes técnicos. O vector de valor
acrescentado adimensionalizado é calculado por:
i
i
X
VA=iva (Eq. 3.13)
No exemplo em análise, va2= 40 / 120 = 0.333, querendo tal traduzir que na estrutura de custos na industria,
33.3% corresponderiam a remunerações ou lucros.
Tomando o exemplo anterior (uma vez que a exportação está englobada na procura final), quando a
exportação agrícola aumenta 1 unidade, o acréscimo das vendas dos sectores será de X=1.144, 0.404,
0.317.
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Como o vector dos valores acrescentados adimensionais são conhecidos, va=0.267, 0.333, 0.300, podem-se
calcular os valores induzidos de valor acrescentado por:
iii
i
i
i XVA vindo X
VA ou
X
VA∆×∆=∆
∆
∆=∆= iii vavava (Eq. 3.14)
Aplicando a última expressão obtém-se VA=0.305, 0.079, 0.009. Somadas todas as suas componentes
obtém-se o valor total de 0.393 u.m. Assim a elasticidade entre o valor acrescentado da economia e as
exportações agrícolas será de 0.393. Haverá agora que repetir o exercício para os outros 2 sectores e comparar
as elasticidades obtidas.
É importante realçar que o modelo Input-Output pressupõe uma variação linear dos fluxos, situação que não
permite avaliar o efeito induzido por grandes variações da procura final. Efectivamente, se a procura final na
agricultura variasse para o dobro de um ano para o outro seria de esperar que os factores de produção não
mantivessem a mesma relação (que no exemplo apresentado é igual, 20 para o valor acrescentado e 20 para
as importações), mas antes que as importações tomassem peso superior nas compras do sector agrícola. Tal
implicaria alterações da matriz de coeficientes técnicos deixando a matriz inversa de Leontief de traduzir a
relação entre a procura final e as vendas, perdendo-se a relação linear acima descrita.
3.10.1.3 Outras componentes da Procura Final
O exemplo apresentado neste capítulo correspondia a uma economia caracterizada pela ausência de
investimento e de despesas governamentais. Na realidade, o consumo final não representa apenas as
exportações e consumo privado mas engloba também:
• Consumo público
• Investimento
Igualmente nos factores de produção dever-se-á também considerar as despesas associadas aos impostos.
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57
3.10.2 Aplicação ao balanço energético nacional
3.10.2.1 Princípios
A aplicação do modelo Input-Output à área energética tem por objectivo fundamental caracterizar a relação
entre energia primária e energia final.
Na análise macro-económica a unidade era monetária. Em energia a unidade deverá ser, necessariamente,
uma unidade energética, reflectindo cada parcela o seu efectivo valor energético.
Os pontos em que assenta esta análise são os seguintes:
• Sectores
Os sectores a considerar correspondem à desagregação dos sectores energéticos patente no Balanço
Energético Nacional, ou seja, o carvão, o petróleo, a electricidade, o gás de cidade e os outros
produtos (que inclui especialmente a lenha).
• Procura Final
A procura final corresponde à energia disponível para consumo final e às exportações, por cada
forma de energia (ou sector energético).
• Factores de Produção
Os factores de produção englobam a importação de energia, a auto-produção (que será o valor
acrescentado da análise macro-económica) e a degradação de energia. É este ultimo termo que
diferencia a análise energética da análise económica atrás apresentada. Na análise económica o
dinheiro circula sem qualquer degradação. Na energia, conforme o 2º Principio da Termodinâmica, as
várias formas de energia não são igualmente convertíveis umas nas outras em circunstâncias reais.
Todas se podem converter integralmente em calor, mas não se pode converter integralmente o calor
noutras formas de energia.
Miguel P. N. Águas
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58
Enquanto que na análise económica o valor acrescentado constitui o termo em análise, em energia, o termo
em foco é a degradação, uma vez que esta relaciona energia final com primária.
Energia Primária = Energia final + Degradação (Eq. 3.15)
A aplicação do conceito Input-Output à energia permite também identificar relação entre as importações e a
procura final, ou entre a procura final e o output energético total dos sectores energéticos.
3.10.2.2 Aplicação Input-Output ao sector energético no ano de 1998
Esta análise toma como fonte de informação o Balanço Energético Nacional (BEN) do ano de 1998. Análise de
natureza equivalente pode ser observada em Águas e Domingos (1992), que se encontra em anexo.
Quadro 3.4: Modelo Input-Output aplicado à energia
O preenchimento da matriz é apresentado na figura seguinte. Nesta figura as vendas de cada sector são
desagregadas em tantas linhas quantas forem as entradas presentes no BEN. Por exemplo, na posição da MIO
das vendas de petróleo ao próprio sector de petróleo estão indicadas 4 entradas (produtos para
transformação, consumos de refinação, perdas de refinação, perdas de transporte e refinação).
O preenchimento é construído com base na informação do BEN já apresentado no capítulo 3 à excepção das
posições Carvão-Carvão (24,148 tep) e Carvão-Outros (61,952 tep). Efectivamente, a determinação destas
posições obriga à análise da informação disponível na desagregação do BEN, que seguidamente se indica:
Carvão Petróleo Electric. Gás nat. Outros + Export. E.final = Total
Carvão S11 S12 S13 S14 S15 EX1 EF1 E1
Petróleo S21 S22 S23 S24 S25 EX2 EF2 E2
Electricidade S31 S32 S33 S34 S35 EX3 EF3 E3
Gás natural S41 S42 S43 S44 S45 EX4 EF4 E4
Outros S51 S52 S53 S54 S55 EX5 EF5 E5
+
Auto-produção AP1 AP2 AP3 AP4 AP5
Importações I1 I2 I3 I4 I5
+
Degradação D1 D2 D3 D4 D5
=
Total E1 E2 E3 E4 E5
CO�SUMO I�TERSECTORIAL PROCURA FI�AL
Miguel P. N. Águas
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59
A produção de coque tem por base hulha e antracite importada. Em 1996 importaram-se 308,119 tep, tendo-
se produzido 222,019 tep de coque, gerado 61,952 tep de gás de coque (OUTROS), representando as restantes
24,148 tep perdas de transformação, atribuídas a CARVÃO-CARVÃO. Das 61,952 tep de gás de coque
produzidas, 31,490 não são aproveitadas, pelo que apenas 30,462 tep de gás de coque chega a consumo final.
Assim, o valor de 24,148 tep de Carvão-Carvão resulta corresponde às perdas de transformação, enquanto que
os 61,952 tep em Carvão-Outros corresponde à energia fornecida através do gás de coque.
Na tabela seguinte quantifica-se o modelo Input-Output para o BEN de 1996, assim como, por aplicação da sua
formulação matemática se calcula o operador que relaciona a variação da procura final com a produção total.
Desta formulação o consumo de energia primária obtém-se pela soma do consumo interno de energia final
com o somatório das degradações (em valor absoluto).
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60
Quadro 3.5: Modelo Input-Output da energia para 1996
1 2 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 # 13.0 # 15.0
kTEP = SECT + Export.
Coquerie 93.6 Termoelec. 2,688 Gas Coque 73 2,784 53
Gas coque -73.1Acertos 1.9
Pr.petróleo -96 Termoelec. 2,303 gás cidade 9 3,243 2,649
Refinarias 876Perdas refin 127Transporte 0
Acertos 23Coquerie 0.3 Refinarias 43 Centrais 129 gás cidade 3 465 318
Extracção 0.1 Bombagem 9Transporte 281
Acertos 0Termoelec. 375 Auto-cons. 8 Gas cidade 78 460 0
Acertos 0Outros Gas coque 33.5 Termoelec. 210 Transporte 9 253 0
SECTORES 56.2 974 5,995 8 173 7,205 + 3,021
+ +
Auto-produção 0.0 0 1,135 0 1,150 2,285Importações 3,285.0 18,274 342 698 0 22,598
+ +
Degradação -56.2 -974 -3,777 -8 -18 -4,833
= =
TOTAL 3,285.0 18,274 3,694 698 1,305 27,255
Gás
Outros
Carvão
Petróleo
Electricidade
Carvão Petróleo Electricidade Gás
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Quadro 3.6: Cálculo da matriz inversa de Leontief para 1996
Conhecida a matriz inversa de Leontief, a produção total para satisfazer um aumento em 1 unidade na procura
final de um certo sector, corresponderá à soma da coluna desse sector. Para avaliar a degradação provocada
pelo aumento em 1 unidade na procura final multiplica-se componente a componente o vector X pelo
vector degradação adimensional, sendo o seu somatório a degradação provocada. Na tabela seguinte
apresenta-se este cálculo para a electricidade.
[S] Carvão Petróleo Electricidade Gás cidade Outros
Carvão 24,148 2,710,395 61,952Petróleo 945,407 1,322,836 90,799Electricidade 172 37,238 424,840Gás cidade 2,236 9,042Outros 175,845 34,513
Vector X 3,461,289 16,207,700 3,320,374 78,786 1,191,657
[a] Carvão Petróleo Electricidade Gás cidade Outros
Carvão 0.007 0.816 0.052Petróleo 0.058 0.398 1.152Electricidade 0.000 0.002 0.128Gás cidade 0.001 0.115Outros 0.053 0.029
ap 0.387 0.948
imp 1.001 1.002 0.107
deg -0.008 -0.063 -0.890 -0.267 -0.029
[R] Carvão Petróleo Electricidade Gás cidade Outros
Carvão 1.007 0.002 0.947 0.003 0.054Petróleo 0.000 1.063 0.487 1.384 0.000Electricidade 0.000 0.003 1.148 0.004 0.000Gás cidade 0.000 0.000 0.001 1.130 0.000Outros 0.000 0.000 0.063 0.000 1.030
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62
Quadro 3.7: Degradação energética na produção eléctrica
Desta tabela conclui-se que por cada unidade de energia fornecida ao utilizador final na forma de electricidade
degradam-se 1.06 unidades.
Como o rendimento da transformação se calcula por :
Final
Degradação1
1
DegradaçãoFinal
Final
Primaria
Final
+=
+==η (Eq. 3.16)
O rendimento médio da produção eléctrica para 1996 foi de:
%4906.11
1=
+=η (Eq. 3.17)
Quadro 3.8: Rendimentos de transformação de cada sector energético para 1996
∆ Prod. Total deg ∆ DegradaçãoCarvão 0.95 0.01 0.01Petróleo 0.49 0.06 0.03Electricidade 1.15 0.89 1.02Gás cidade 0.00 0.27 0.00Outros 0.06 0.03 0.00
TOTAL 2.65 1.06
Carvão Petróleo Electricidade Gás cidade Outros99% 94% 49% 72% 97%
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4 PREÇOS DA ENERGIA
4.1 Análise histórica
O primeiro poço de petróleo a ser construído data de 1859, na Pensilvânia (EUA). Desde essa data, e até ao
final do século os EUA e a Rússia dominaram a produção mundial. Nos EUA a produção era controlada por
pequenos operadores, pessoas que detinham um poço ou refinarias de destilação de petróleo iluminante a
partir do petróleo bruto. Em 1870 John D. Rockefeller adquire grande parte das refinarias do país, controlando
efectivamente a indústria petrolífera. Vinte anos depois, a Lei Sherman Anti-Trust, orientada para a
impedimento de situações de monopólio, obrigou a Rockefeller's Standard Oil a dividir-se em várias empresas.
Três dessas empresas são ainda hoje nomes sonantes no mercado energético: Mobil, Chevron e Exxon (Esso).
No tornar do século, a indústria petrolífera americana esteve dividida em três grandes grupos de empresas: as
grandes companhias, designadas por majors, as companhias de média dimensão, chamadas independentes e
os pequenos produtores, refinarias e distribuidores. Em 1901 a produção petrolífera estava concentrada no
Texas. O objectivo principal da indústria mantinha-se na produção de petróleo iluminante, não havendo, nessa
altura, utilização para outros produtos tais como a gasolina que era queimada.
O desenvolvimento do motor de combustão interna e o grande sucesso do automóvel foram os responsáveis
pela criação do mercado da gasolina. A procura de gasolina cresceu rapidamente após a 2ªGuerra Mundial e,
apesar de um ligeiro decréscimo entre as duas crises petrolíferas dos anos 70, a gasolina mantém uma
percentagem da ordem dos 30% do consumo total de produtos petrolíferos.
Em 1908 foi descoberto o primeiro poço de petróleo no Irão (então Pérsia). Em 1938 o petróleo foi descoberto
na Arábia Saudita, país que se tornou no 2º maior produtor mundial. Nos EUA a descoberta de campos
petrolíferos de enorme capacidade no Texas em 1930 mantêm durante anos uma pressão de baixa nos preços.
Até ao final dos anos 30, os EUA produziam 60% da produção mundial e as suas companhias controlavam
claramente o comércio internacional.
Nos outros países a indústria manteve-se controlada pelo chamado grupo das Sete Irmãs, cinco das quais eram
companhias americanas, a sexta era a Royal Dutch Shell (companhia holandesa que explorava petróleo na
Indonésia) e a última era a Anglo-Persian Oil Company (hoje chamada BP e que explorava o mercado Persa).
Entre 1920 e 1970 o mercado mundial exterior aos EUA era dominado por estas 7 empresas, estendendo a sua
acção desde a extracção ao comércio, passando pelas redes de pipelines e refinarias.
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64
A relação entre os EUA e a Rússia foi relativamente pacifica nesta área. No inicio do século estes dois países
eram os grandes produtores mundial. Com a revolução de 1917 a URSS perdeu, de forma definitiva,
competitividade internacional nesta área mesmo apesar da descoberta de enormes jazidas na Sibéria nos anos
60.
O gás natural ocupa um nicho especial na indústria petrolífera. Antes da 2ª Grande Guerra existia uma clara
limitação em termos da distância, razão pela qual, salvo nas situações em que a indústria se instalava nas
proximidades dos poços, o gás natural era queimado. Tipicamente quando o gás natural era descoberto sem
associação a poços de petróleo, o campo era abandonado. Após a 2ª Grande Guerra a situação alterou-se com
a construção de pipelines nos EUA. A descoberta do campo de gás natural de Groningen na Holanda nos anos
60, e, mais tarde, na Sibéria, deu origem a uma expansão similar da rede de pipelines na Europa. O transporte
de gás natural por via marítima, baseada na sua liquefacção por arrefecimento à pressão atmosférica, surge
nos anos 60 (LNG - liquefied natural gas) tendo o Japão constituído um dos principais consumidores.
Entre 1951 e 1970 a procura de petróleo cresceu à taxa de 7% por ano, aumentando a produção mundial de
12 para 46 milhões de barris por dia, para a qual os países do Terceiro Mundo contribuíram com a maior
percentagem, em especial os países do Médio Oriente.
O aumento da concentração da produção no Médio Oriente levou a um conjunto de acções de instabilidade
política nestes países. Em 1951 assiste-se à nacionalização dos poços de petróleo no Irão. Em 1956 cria-se a
crise do Suez, que constituiu num bloqueio à passagem de petroleiros no Canal do Suez. Os baixos preços de
petróleo nos anos seguintes à crise do Suez levou a que as grandes companhias decidissem unilateralmente
reduzir os pagamentos aos países produtores. É neste clima de confrontação que é criada a OPEP (Organização
dos Países Produtores de Petróleo) que unia a Venezuela a países do Médio Oriente.
A OPEP torna-se conhecida principalmente com o embargo de 1973, que teve como motivo justificativo o
conflito israelo-árabe de Outubro desse ano. O preço do petróleo subiu para o triplo num curto espaço de
tempo criando o pânico nos mercados mundiais (de 5 para 15 USD/barril). Seis anos mais tarde o fim do
Império Persa, personificado pelo Xá da Pérsia, e o conflito que opôs Irão e Iraque, levou a uma nova subida
dos preços do petróleo, situação que se manteve por mais 5 anos (de 15 para 35 USD/barril).
No Médio Oriente os lucros provenientes da venda do petróleo colocaram os países produtores com
indicadores económicos per capita que rivalizavam os países mais desenvolvidos do mundo.
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65
Em 1985 a descoberta de enormes jazidas no Golfo do México, no Alasca e no Mar do Norte veio desequilibrar
o controle do mercado mundial pela OPEP (de 35 para 20 USD/barril). Em 1990 a Guerra do Golfo lançou nova
pressão negativa sobre os países produtores do Médio Oriente que se traduziu na subida dos preços. Em 1998,
a crise económica da Ásia criou uma nova pressão negativa por queda da procura, tendo os preços descido a
níveis anteriores a 1973, quando comparados a preços constantes.
Recentemente o preço do crude voltou a subir, desta vez ultrapassando os 30 USD/barril, valor que já não se
verificava desde o início dos anos 80. Esta subida tornou-se possível pela acção conjunta do aumento da
procura (Inverno rigoroso e economia americana em franco crescimento) e à redução da oferta (a OPEP
acordou cortes de produção no 2º semestre de 1999).
É interessante constatar que apesar destas grandes variações, o preço do petróleo não apresentou uma
substancial variação quando analisado a preços constantes entre largos períodos, como se pode comprovar no
gráfico seguinte, obtido com base no ano de 1996.
O texto que seguidamente se transcreve aborda este mesmo aspecto. Trata-se de uma publicação da West
Texas Research Group, LLC, disponível na rede no endereço: http://www.wtrg.com/prices.htm
Oil Prices behave much as any other commodity with wide price swings in times of shortage or oversupply. The domestic industry's price has been heavily regulated through production or price controls throughout much of the twentieth century. In the post World War II era oil prices have averaged $19.44 per barrel in 1996 dollars. Through the same period the median price for crude oil was $15.35 in 1996 prices. That means that only fifty percent of the time from 1947 to 1996 have oil prices exceeded $15.35 per barrel. Prices have only exceeded $22.00 per barrel in times of war or conflict in the Middle East. The lessons of history advise caution in projecting sustained prices above the current level when making long term commitments. The long term view is much the same. Since 1869 US crude oil prices adjusted for inflation have averaged $18.63 per barrel. Fifty percent of the time prices were below $14.91. If long term history is a guide, those in the upstream segment of the crude oil industry should structure their business to be able to operate, hopefully with a profit, below $15.00 per barrel half of the time.
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66
Figura 4.1: Evolução dos preços do petróleo bruto
Fruto de ter passado a constituir um mercado financeiro, o preço do petróleo segue hoje em dia uma lógica
especulativa, tendo ficado sujeito às subidas e descidas associadas a expectativas tal como no mercado
bolsista, e não ao equilíbrio efectivo entre oferta e procura.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
US
D /
bar
ril
OPEP perde controle:Mar do Norte, Alasca
Guerra do golfo
Crise asiática
Revolução Iraniana
Guerra Irão-Iraque
1ºChoque Petrolifero
2ºChoque Petrolifero
Preços Correntes
Preços Constantes de 2002
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67
4.3 Liberalização do mercado eléctrico
O mercado da electricidade tem vindo a sofrer alterações profundas que culminarão com a criação do
Mercado Ibérico da Electricidade, MIBEL.
Embora o sector eléctrico tenha sido aberto à iniciativa privada através do Decreto-Lei n.º 449/88, de 10 de
Dezembro, foi com o pacote de novos instrumentos jurídicos publicados em 1995 (Decretos-Lei n.º 182/95 a
188/95, todos de 27 de Julho) que foram consagradas as bases do novo modelo para a organização do
mercado da energia eléctrica.
Na prática a liberalização só avançou após a criação da figura do regulador, personificado na Entidade de
Regulação do Sector Eléctrico, ERSE. Assim, e no âmbito das suas atribuições, a ERSE definiu (pela sua
Deliberação n.º 92-A/99, publicada no Suplemento ao Diário da República, II Série, de 15 de Fevereiro de
1999), que durante o triénio 1999-2001 a abertura do mercado em Portugal estaria limitado às empresas com
consumo eléctrico anual superior a 9 GWh.
Este critério era verificado por muito poucas empresas, pouco mais de 200, mas representando cerca de ¼ do
consumo nacional. No entanto, a adesão ao sistema liberalizado, tecnicamente designado por Sistema
Eléctrico Não Vinculado (SENV), praticava-se em pouco mais de 40 empresas no final de 2001, representando
cerca de 2.5% do consumo nacional.
Para o ano de 2002, a elegibilidade ao SENV alargou-se a todas as empresas, ficando apenas excluídas as
abastecidas em baixa tensão. Em consequência, a elegibilidade aumentou para 40% do consumo nacional. No
início de 2003, já mais de 10% do consumo nacional em média tensão encontrava-se no mercado liberalizado.
Presentemente a liberalização abrange todos os consumidores, pese embora seja diminuto o consumo
abastecido por este regime.
40%
51%
9%
MT+AT+MAT Baixa tensão Auto-Consumo
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68
Figura 4.2: Distribuição do consumo eléctrico nacional no ano 2000
O contrato com uma empresa comercializadora rege-se por regras específicas, podendo nada ter a ver com o
Sistema Tarifário oficial, uma vez que os preços de aquisição de electricidade pela empresa comercializadora
são igualmente específicos.
Ao contrário da bolsa de valores mobiliários, a energia eléctrica tem como problema principal o facto de ter de
ser produzida exactamente na mesma quantidade em que é consumida, não sendo possível a criação de stocks
com expressão, requerendo essa produção uma prévia preparação. Efectivamente, enquanto que uma central
hídrica pode entrar em produção em poucos minutos, já numa central térmica o arranque de um grupo
electroprodutor pode levar várias horas desde a decisão de arranque até ao patamar de carga.
Assim, cabe ao comercializador informar o produtor ou a bolsa de electricidade das necessidades de consumo
previstas para o dia seguinte. Caso a previsão falhe o comercializador é penalizado pelos desvios quer seja por
defeito quer por excesso, obrigando-o a negociar no, bem mais caro, mercado inter-diário.
Em resultado, os contratos celebrados entre empresas industriais e comercializadores podem, ou não, forçar a
empresa industrial a colaborar neste processo de previsão, vinculando-se contratualmente a penalizações em
caso de falha.
Figura 4.3: Sequência do processo de fornecimento de energia eléctrica no SENV
Embora claramente dependente da empresa comercializadora, a prática vem mostrando que só nas empresas
de grande consumo eléctrico é que são definidas cláusulas que obrigam à previsão dos consumos e envolvem
taxas de penalização por desvios.
COMERC.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
9-20-990:00
9-21-990:00
9-22-990:00
9-23-990:00
9-24-990:00
9-25-990:00
9-26-990:00
9-27-990:00
9-28-990:00
9-29-990:00
9-30-990:00
Pot
. Elé
ctri
ca (
kW)
Segunda SextaQuintaQuartaTerça Sábado Domingo Segunda Terça
FÁBRICA
BOLSA
PRODUTOR
2 dias depois !!
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69
Nas empresas de menor consumo, o comercializador propõe, tipicamente, contratos que não obrigam a
empresa industrial à previsão dos seus consumos. Nestas situações, os contratos seguem de muito próximo
Sistema Tarifário oficial, aplicando uma percentagem de desconto, ou se baseiam em regras afins ao Sistema
Tarifário oficial, com preços específicos.
Em qualquer dos casos, o conhecimento da forma como a energia é consumida por parte das empresas
industriais, com base na medição do perfil de consumos eléctricos, é fundamental, sendo o tratamento dessa
informação o “segredo do negócio” de uma empresa comercializadora. Tal informação pode apresentar como
vantagem a obtenção de um preço da electricidade inferior uma vez que o risco da empresa comercializadora
torna-se menor. É igualmente importante referir que pode ser justificativo de uma revisão de contrato uma
alteração substancial do perfil de consumos eléctricos.
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70
4.4 O tarifário no sistema público
No sistema público os preços da energia eléctrica são fixados anualmente pela ERSE para os consumidores
abastecidos em Baixa Tensão e trimestralmente para consumidores abastecidos em nível de tensão superior.
Basicamente a factura eléctrica compõe-se de uma parcela de potência, que procura cobrar custos fixos
associados ao investimento e manutenção da rede, e uma parcela de energia, associada aos custos variáveis
associados à produção da electricidade.
Uma curta referência ao consumo de energia reactiva (que apenas se aplica a consumidores não residenciais).
A energia reactiva é facturada quando excede uma determinada parcela da energia activa, situação que ocorre
quando o atraso da corrente face à tensão é significativo, situação presente em motores eléctricos ou nas
lâmpadas fluorescentes standart. A solução consiste na instalação de baterias de condensadores. A energia
reactiva provoca perdas por efeito de Joule, uma vez que a intensidade de corrente para a mesma potência
aumenta. Uma vez que se trata de um problema de fácil correcção, a presença de uma parcela não nula de
energia reactiva numa factura eléctrica indicia uma fraca sensibilização da empresa para a energia.
Nos grandes centros electroprodutores a electricidade é produzida em muito alta tensão, isto é, acima de 110
kV. O fornecimento de electricidade pode ser feito segundo 3 níveis de tensão:
• muito alta tensão: acima de 110 kV
• alta tensão: entre 45 kV e 110 kV
• média tensão: entre 1 kV e 45 kV
• baixa tensão: 220 V
A descida da tensão é feita em transformadores, implicando em perdas da ordem de 1 a 2%. Estas perdas,
somadas às perdas de transporte, provocam que a electricidade seja tanto mais cara quanto menor for a
tensão de fornecimento.
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4.4.1 Baixa tensão
Nos consumos de baixa tensão (230 V) os preços são fixos durante todo o ano civil. Apresenta duas
componentes: potência e energia. A parcela de potência designa-se geralmente por “aluguer do contador” e é
um valor mensal constante que o consumidor paga. Este valor é independente do consumo energético
efectuado sendo definido em função da potência instalada e da opção de contagem. Por exemplo, um
contrato de 6,9 kVA (potência mais frequente) com a opção de tarifa simples tem um custo fixo mensal de
10,66 €.
Quadro 4.1: Preços de electricidade em Baixa Tensão (fonte: ERSE)
A parcela relativa ao consumo energético pode ser contada em tarifa simples, em que o preço do kWh é
constante (0,1211 €/kWh), ou em tarifa modelada em que o preço do kWh assume diferentes 2 valores
diferentes no caso de bi-horária (0,0663 €/kWh nas horas de vazio e 0,1233 €/kWh fora do vazio) ou 3 valores
diferentes no caso de tri-horária (vazio, cheia e ponta). Nos casos de tarifa modelada, o ciclo de contagem
pode ser diário (em que todos os dias têm iguais horários) ou semanal (em que os fim de semana têm mais
horas económicas, em detrimento dos dias úteis), conforme se pode observar nos quadros seguintes.
Dos preços é fácil de concluir que a opção por tarifa modelada, obrigando a um pagamento fixo mensal
superior, só se justifica se o consumo em horas de vazio for significativo.
Tarifa simples Tarifa bi-horária Tarifa tri-horária
Potência (kVA)3,45 5,65 7,76 7,764,6 7,32 9,96 9,96
5,75 8,99 12,15 12,156,9 10,66 14,35 14,35
10,35 15,44 20,55 20,5513,8 20,27 26,86 26,86
17,25 25,01 33,00 33,0020,7 29,93 39,44 39,44
Energia activaTarifa simples 0,1211Horas fora de vazio 0,1233
Horas de vazio 0,0663Horas de ponta 0,1357
Horas de cheias 0,1198Horas de vazio 0,0663
(EUR/kWh)
(EUR/mês)
TARIFA DE VENDA A CLIENTES FINAIS EM BTN (<=20,7 kVA e >2,3 kVA)
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Quadro 4.2: Horários praticados em ciclo diário (fonte: ERSE) Em tarifa bi-horária vazio corresponde aos horários de Vazio normal e Supervazio, e fora dos vazio corresponde aos horários de Ponta e Cheias.
Quadro 4.3: Horários praticados em ciclo semanal (fonte: ERSE)
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4.4.2 Média e alta tensão
Nos consumos em média ou alta tensão o sistema tarifário é um pouco mais complexo. Apresenta 4 parcelas:
fixa, energia, potência e energia reactiva.
4.4.2.1 Fixo
O termo fixo depende do nível de tensão de abastecimento e não do consumo. A influência deste termo na
factura é pouco significativa.
4.4.2.2 Energia
A parcela de energia é calculada pelo consumo eléctrico mensal desagregado por horas de ponta, cheia, vazio
normal e super-vazio, segundo o ciclo que o consumidor escolher, de entre ciclo diário, ciclo semanal e ciclo
semanal opcional.
O preço da energia varia trimestralmente sendo os valores publicados até 15 dias antes do início do respectivo
trimestre.
O preço depende também da opção tarifária escolhida pelo consumidor. Existem 3 opções: curta, média ou
longa utilização. No regime de curta utilização o preço da potência é menor mas o kWh é mais caro, enquanto
que no regime de longa utilização o kW é mais caro e o kWh é mais barato. A longa utilização abrange
tipicamente as empresas de funcionamento a 2 turnos ou continuo , a média utilização o funcionamento a 1
turno e a curta utilização para as empresas que têm fortes picos de potência.
4.4.2.3 Potência
A parcela de potência resulta da soma de 2 termos, associados à:
• potência contratada
• potência média em horas de ponta.
A potência contratada é o valores máximo da potência tomada nos últimos 12 meses. A potência tomada é o
maior valor de potência média em intervalos de 15 minutos registada ao longo do mês.
A potência contratada tem como limite inferior 50% da potência instalada, correspondente à potência
instalada no Posto de Transformação.
A potência média em horas de ponta é obtida dividindo o consumo mensal de electricidade em horas de ponta
pelo n.º de horas de ponta do mês.
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Quadro 4.4: Tarifário eléctrico para ano 2009
Média tensão Alta tensãoTermo tarifário fixo (EUR/mês) (EUR/mês)
42,75 67,57
Potência (EUR/kW.mês) (EUR/kW.mês)
Tarifa de longas utilizações Horas de ponta 7,395 4,543
Contratada 1,207 0,614
Tarifa de médias utilizações Horas de ponta 7,821 4,362
Contratada 1,046 0,465
Tarifa de curtas utilizações Horas de ponta 12,199 10,220
Contratada 0,407 0,296
Energia activa (EUR/kWh) (EUR/kWh)
Horas de ponta 0,1039 0,0820
Períodos I, IV Horas cheias 0,0791 0,0636
Horas de vazio normal 0,0501 0,0424
Tarifa de longas Horas de super vazio 0,0468 0,0396
utilizações Horas de ponta 0,1072 0,0821
Períodos II, III Horas cheias 0,0814 0,0660
Horas de vazio normal 0,0521 0,0449
Horas de super vazio 0,0485 0,0419
Horas de ponta 0,1095 0,0934Períodos I, IV Horas cheias 0,0821 0,0660
Horas de vazio normal 0,0510 0,0457
Tarifa de médias Horas de super vazio 0,0478 0,0428
utilizações Horas de ponta 0,1155 0,0954Períodos II, III Horas cheias 0,0825 0,0687
Horas de vazio normal 0,0539 0,0470
Horas de super vazio 0,0501 0,0434
Horas de ponta 0,1742 0,1141
Períodos I, IV Horas cheias 0,0903 0,0791
Horas de vazio normal 0,0576 0,0472
Tarifa de curtas Horas de super vazio 0,0539 0,0442
utilizações Horas de ponta 0,1746 0,1146
Períodos II, III Horas cheias 0,0901 0,0786
Horas de vazio normal 0,0578 0,0485
Horas de super vazio 0,0540 0,0448
TARIFA DE VENDA A CLIENTES FINAIS EM MÉDIA E ALTA TENSÃO
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5 ANÁLISE DE SISTEMAS
5.1 Diagrama de blocos
5.1.1 Operação unitária produtiva
A análise de sistemas por diagrama de blocos tem por objectivo o cálculo do consumo especifico do produto
em processos de transformação complexos, isto é, caracterizados por um número significativo de operações
unitárias e diferentes formas de ligação entre si. Esta análise difere de forma significativa da análise de
sistemas de controle.
Um diagrama de blocos é uma representação simplificada da relação entre a entrada e a saída de um sistema
físico. Como entrada considera-se o produto a transformar e como saída o produto útil e os resíduos
associados. As componentes do sistema, ou blocos do sistema, são designados por operações unitárias.
Uma operação unitária A pode receber diversos fluxos mássicos (M1 e M2, neste esquema ilustrativo), mas
produz apenas um fluxo útil de saída (M3), podendo produzir também um fluxo de resíduos (MR) e consumir
um fluxo de energia (EA).
Figura 5.1: Operação unitária
A energia consumida na operação A, por unidade de fluxo de saída, é o consumo específico da operação
unitária:
CEA= 3 ÚtilProdução de Unidade
A em UtilizadaEnergia
M
EA= (Eq. 5.1)
A
EA
M3
MR
M2
M1
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O factor de formação de resíduos é a razão entre os fluxos de entrada e saída da operação unitária:
SA= 3
21
M
MM + (Eq. 5.2)
Mesmo que o fluxo de saída duma operação unitária tenha diversos fins (seja matéria-prima de várias
operações), o consumo específico será o mesmo para todos os fluxos de saída. Os fluxos de entrada podem ter
consumos específicos diferentes, por isso é necessário definir proporção mássica f como o quociente entre o
fluxo de entrada i e todos os fluxos de entrada:
f1= 21
1
MM
M
+ (Eq. 5.3)
O somatório de todos os fI’s duma dada operação unitária tem de ser 1.
Aplicando estes conceitos à operação unitária A, o consumo específico da sua produção seria calculado por:
CE3 = CEA + SA(f1 × CE1 + f2 × CE2) (Eq. 5.4)
5.1.2 Operação unitária de tratamento de resíduos
Caso haja produção de resíduos e estes sejam tratados, o consumo energético associado ao tratamento tem
de ser imputado ao caudal de produção útil (neste caso M3), por forma a que o consumo energético associado
ao fluxo de resíduo tratado, isto é, o fluxo de saída do sistema, seja sempre nulo.
Figura 5.2: Operação unitária de tratamento de resíduos
A
T
EA
M5
M3
M4 MR
M2
M1
ET
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Torna-se necessário definir um factor de formação de resíduos a tratar, como a razão entre o fluxo de resíduo
a tratar e o fluxo de produção útil:
SAT= 3
R
M
M
A de util Produção
T paraA por produzido Resíduo= (Eq. 5.5)
Torna-se também necessário definir o consumo específico da operação unitária de tratamento, agora como a
energia consumida no processo pelo fluxo a tratar:
CEtT=
R
T
M
E
tratara produção de Unidade
T em utilizada Energia= (Eq. 5.6)
Devido ao tratamento do caudal MR, o consumo específico do produto 3 tem de incluir uma nova parcela:
CE3 = CEA + SA(f1 × CE1 + f2 × CE2) + SAT CEtT (Eq. 5.7)
Assim, é possível haver um processo sequencial de tratamento, em que o consumo específico por caudal de
resíduo vai diminuindo ao longo da cadeia de tratamento. Caso diversos caudais saiam dum processo de
tratamento, é também necessário definir fit como o quociente entre o caudal i e o somatório dos caudais que
abandonam a operação de tratamento.
Com a definição do parágrafo anterior, segundo a qual o consumo específico de um fluxo de saída não-útil é
nulo, a reciclagem é, para efeitos de cálculo, apenas a admissão duma matéria-prima sem consumo específico.
Convêm notar que é intrinsecamente diferente uma dada operação unitária ser considerada produtiva ou de
tratamento, pois no primeiro caso o consumo específico aumenta para jusante, no segundo caso para
montante. Por vezes pode não ser claro qual o papel desempenhado por uma dada operação unitária (por
exemplo um resíduo, no sentido habitual do termo, pode ter valor comercial – sendo portanto produção útil).
Esta metodologia não nos auxilia nestes casos. Ela apenas garante que o consumo específico de todos os
fluxos não-produtivos (isto é, sem valor comercial) seja nulo, estando todo o consumo energético imputado às
produções úteis.
É agora possível escrever as equações genéricas, para o consumo específico associado a um fluxo produtivo e a
um fluxo de tratamento.
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5.1.3 Ligações elementares
Na figura seguinte encontram-se representados os 3 tipos de conexões elementares considerados.
Figura 5.3: Ligações elementares entre operações unitárias
Conforme pode ser observado nesta figura, as operações unitárias são sempre referenciadas por letra
maiúscula, enquanto que os produtos são representados por um número. Assim, CEB reporta ao consumo
específico da operação B, enquanto que CE3 reporta ao consumo específico do caudal 3, ou seja, o consumo
energético das operações A e B atribuível à produção de uma unidade mássica de 3.
Esta nomenclatura é importante para evitar confusões no tratamento de sistemas complexos.
Divergente
Convergente
B
C
A
3
5
2
4 1
B
A
C
2 3 4 1 Sequencial
A
B
C
5
4
2
3
1
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5.1.3.1 Ligação sequencial
A ligação sequencial está ilustrada na figura seguinte:
Figura 5.4: Ligação sequencial
Na determinação das expressões do consumo especifico ter-se-á em conta a taxa de formação de resíduos, em
lugar do rendimento mássico por permitir uma maior simplicidade matemática.
CE4 = CEC + SC × CE3 (Eq. 5.8)
Aplicando esta expressão sucessivamente
CE4 = CEC + SC × CE3 (Eq. 5.9)
CE3 = CEB + SB × CE2
CE2 = CEA + SA × CE1
obtém-se a expressão final:
CE4 = CEC + SC × (CEB + SB × (CEA + SA × CE1)) (Eq. 5.10)
ou
CE4 = CEC + SC CEB + SC SB CEA + SC SB SA CE1 (Eq. 5.11)
Os factor Si podem ser interpretados como meros factores de relação entre caudais. Efectivamente, enquanto
que CE4 e CEC corresponde a consumo de energia por unidade de caudal em 4, já CEB representa energia por
unidade de caudal em 3, donde a necessidade de ter em conta o factor SC que é a razão entre caudal 3 e
caudal em 4. Em resultado, todas as parcelas da expressão 5-12 representam energia por unidade de caudal
em 4.
B
A
C
2 3 4 1
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5.1.3.2 Ligação convergente
A ligação convergente está representada na figura seguinte:
Figura 5.5: Ligação convergente
A análise deste tipo de ligação obriga ao conhecimento das proporções mássicas dos caudais que convergem
para a operação C uma vez que podem apresentar diferentes valores de consumos específicos de produto.
Estas proporções são representadas por fi e definidas por:
f2= 42
2
MM
M
+=
C em entram que caudais dos Soma
2 fluxo no Caudal (Eq. 5.12)
Por definição, numa operação unitária o somatório das proporções mássicas é unitário.
Estas proporções podem ser uma propriedade da operação unitária ou uma propriedade do sistema. Será uma
propriedade da operação unitária se esta, por exemplo, representar a operação de montagem de um
automóvel. O produto 2 poderá representar o chassis e o produto 4 as portas, com uma proporção mássica
bem definida. Será uma propriedade do sistema se os produtos 2 e 4 forem equivalente mas com diferentes
origens (por exemplo, 4 é reciclado e 2 não é).
Nesta ligação o consumo especifico do produto 5 obtém-se pela expressão:
CE5 = CEC + SC × (f2 × CE2 + f4 × CE4) (Eq. 5.13)
CE2 = CEA + SA × CE1
CE4 = CEB + SB × CE3
A
B
C
5
4
2
3
1
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81
A análise poderá ser simplificada inserindo um ponto fictício no diagrama da figura anterior, conforme se
representa seguidamente:
Figura 5.6: Ligação convergente com modificações
Neste caso a expressão de cálculo do consumo específico de 5 será:
CE5 = CEC + SC × CE6 (Eq. 5.14)
CE6 = f2 × CE2 + f4 × CE4
CE2 = CEA + SA × CE1
CE4 = CEB + SB × CE3
5.1.3.3 Ligação divergente
A ligação divergente está representada na figura seguinte:
Figura 5.7: Ligação divergente
Numa ligação divergente qualquer dos produtos que saem da operação unitária têm o mesmo valor de
consumo especifico, pois têm de ser "energeticamente" idênticos.
CE2 = CE4 (Eq. 5.15)
A expressão de consumo especifico dos produtos 3 e 5 será:
CE3 = CEB + SB × CE2 (Eq. 5.16)
CE5 = CEC + SC × CE4 (Eq. 5.17)
CE2 = CE4 = CEA + SA × CE1
A
B
C
5
2
3
1
6
4
B
C
A
3
5
2
4 1
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82
Exemplo 5.1: Ligação sequencial
Considere-se um sistema constituído apenas por um forno de pavimentos cerâmicos, escolha das peças com defeito e armazenagem. O consumo específico do forno é de 200 kJ/kg, enquanto que a escolha apresenta um CE de 5 kJ/kg e a armazenagem tem CE de 20 kJ/kg. O pavimento cru envolveu um consumo energético de 50 kJ/kg em operações de transformação da argila. A operação de cozedura promove a volatilização de certas componentes do pavimento cru, representando 5% deste. A operação de escolha rejeita 10% da produção do forno e as quebras na armazenagem é de 1%. Determine o consumo especifico da produção de pavimento.
RESOLUÇÃO
A expressão de cálculo será:
CE4=CEA+SA(CEE+SE(CEF+SFCE1))
Os valores de S são calculados com base nas taxas de rejeição:
rA=99% logo SA=1/0.99 =1.01 kg3/kg4
rE=80% logo SE=1/(1-0.10) = 1.11 kg2/kg3
rF=95% logo SF=1/(1-0.05) = 1.05 kg1/kg2
Os valores de consumo especifico são obtidos directamente do enunciado:
CEA= 20 kJ/kg4
CEE= 5 kJ/kg3
CEF= 200 kJ/kg2
Assim obtém-se:
CE4=20+1.01×(5+1.11×(200+1.05×50))= 308 kJ/kg4
Outra abordagem poderia ser feita por cálculo do consumo energético em cada operação unitária por unidade de pavimento final produzido. Tal envolve a determinação dos fluxos mássicos à saída de
cada operação unitária, o que não é mais do que a aplicação sucessiva dos Si.
Pavimento Forno
Escolha
Fronteira
Pavimento Crú
Quebras
Armazém
Quebras
4 3 2 1
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83
Exemplo 5.2: Ligação convergente
Uma empresa de produção de óleo de girassol importa 60% da matéria prima sendo os restantes 40% de produção nacional. O girassol importado é transportado por via marítima com um percurso de 1000 km, enquanto que o girassol nacional é transportado por camião com um percurso de 200 km. A operação de refinação de óleo apresenta um consumo específico de 100 kJ/kg. O teor em óleo do girassol é de 10%, significando que a rejeição mássica na refinação é de 90% (na realidade este material é utilizado no fabrico de rações para gado). O consumo específico do transporte é de 0.025 kJ/kg.km no transporte por camião e de 0.010 kJ/kg.km no transporte por via marítima. As perdas de girassol no transporte são de 1% no camião e 0.1% no navio. Determine o consumo específico do óleo refinado.
RESOLUÇÃO
A expressão de cálculo será:
CE5=CER+SR(f2 (CEN+ SRCE1)+f4(CEC+ SCCE3))
Os valores de S são calculados com base nas taxas de rejeição:
rR=10% logo SR=1/0.1 =10 (kg2+kg4)/kg5
rN=99.9% logo SN=1/0.999 = 1.001 kg1/kg2
rC=99% logo SC=1/(1-0.01) = 1.01 kg3/kg4
Os consumos específicos serão:
CER= 100 kJ/kg5
CEN=0.010 kJ/(kg.km) × 1000 km = 10 kJ/kg2
CEC=0.025 kJ/(kg.km) × 200 km = 5 kJ/kg4
CE1= CE3=0 kJ/kg
O consumo específico do produto final será:
CE5=100+10×(0.6×10+0.4×5) = 180 kJ/kg5
Óleo refinado
Transporte por Navio
Fronteira
Girassol Importado
Refinação Transporte por Camião
Girassol Nacional
1
3
2 5
4
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84
Exemplo 5.3: Ligação divergente
Um forno de vidro apresenta uma perda mássica por volatilização de 7%, designando-se por vidro bruto o vidro à saída da boca de descarga. Do vidro bruto produzido 40% é destinado ao fabrico de garrafas de 0.33 l, e o restante destinado ao fabrico de garrafas de 0.75. A conformação das garrafas de 0.33 l têm uma taxa de quebra de 2%, enquanto que as garrafas de 0.75 l apresentam 3% de quebras. A areia tem um valor energético de 10 kJ/kg. consumo específico do forno de vidro é de 200 kJ/kg. consumo específico de conformação é de 20 kJ/kg na garrafa de 0.33 l e 25 kJ/kg nas garrafas de 0.75 l. Determine o consumo específico de cada tipo de garrafa.
RESOLUÇÃO
.
A expressões de cálculo são:
CE3=CEA+SACE2
CE5=CEB+SBCE4
com CE2 = CE4 = CEF+SFCE1
Os coeficientes S são os seguintes:
rA=98% logo SA = 1 / 0.98 = 1.020 kg2/kg3
rB=97% logo SB = 1 / 0.97 = 1.031 kg4/kg5
rF=93% logo SF =1 / 0.93 = 1.075 kg1/(kg2+kg4)
Assim vem:
CE2=CE4= 200 + 1.075×10=210.75 kJ/kg2 ou 4
CE3=CEA+SACE2 = 20+1.020×210.75=235.0 kJ/kg3
CE5=CEB+SBCE4= 25+1.031×210.75= 242.3 kJ/kg5
Garrafas de 0.33 l
Fronteira
Voláteis
Conformação A- 0.33 l
Quebras
Forno de Vidro
Areia
Conformação B- 0.75 l
Quebras
Garrafas de 0.75 l 5
3
4
2 1
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85
Exemplo 5.4: Problema complexo
a) Determine a expressão que permite calcular o consumo especifico dos produtos 11 e 12.
b) Com base nos valores indicados nas tabelas seguintes, calcule CE11 e CE12.
RESOLUÇÃO
a) CE11=CEG+SGCE10
CE10=CEE+SECE9
CE9=CED+SD(f1CE1+f6CE6+f7CE7)
CE1 é um dado
CE6=CEB+SBCE4
CE4=CEA+SACE2
CE2 é um dado
CE5=CE4
CE7=CEC+SC(f5CE5+f3CE3)
CE3 é um dado
CE12=CEF+SFCE8
CE8=CE7
A B C D E F GCEou 10 5 7 10 4 2 1Ri 90% 100% 80% 90% 40% 80% 90%
3 5 1 6 7fi 40% 60% 50% 10% 40%
D E
C
G
A 11 10 9
7 5
2
F
1
4 B
3
6
12 8
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86
b) CE2=10
CE4=10+(1/0.9)*10=21.1
CE6=5+1*21.1=26.1
CE3=15
CE7=7+(1/0.8)*(0.6*21.1+0.4*15)=30.3
CE9=10+(1/0.9)*(0.5*5+0.1*26.1+0.4*30.3)=29.1
CE10=4+(1/0.4)*29.1=76.8
CE11=1+(1/0.9)*76.8=86.3
CE8=30.3
CE12=2+(1/0.8)*30.3=39.9
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87
5.2 Modelação
A resolução manual de diagrama de blocos pode torna-se muito fastidiosa em sistemas complexos, como se
pode observar no exemplo anterior.
Verifica-se porém que estas expressões se podem modelar segundo um sistema de equações, tornando-se
automática a sua resolução.
O problema matemático pode ser expresso da seguinte forma:
CEi = CEou + [K] CEi (Eq. 5.18)
Nesta expressão, CEi é o vector das incógnitas, constituído pelos consumos específicos de caudais, CEou o
vector dos consumos específicos das operações unitárias e K é a matriz das ligações mássicas, envolvendo os
rendimentos mássicos e os factores de incorporação de materiais.
A aplicação da expressão 5-2 ao exemplo 5.4 é ilustrado na figura seguinte.
Figura 5.8: Formulação matemática do Exemplo 5.4
Este sistema de equações é em tudo semelhante ao sistema criado no modelo Input-Output, atrás
demonstrado, pelo que se apresenta apenas o resultado final:
CEi = ([I]-[K])-1 CEou (Eq. 5.19)
O operador ([I]-[K])-1 será designado por operador de caudais reais, uma vez que encerra em si os caudais em
cada um dos pontos de controle, podendo ser utilizado para outro tipo de análises.
É importante realçar que os consumos específicos de operações unitárias podem ser modelados não apenas
por uma constante mas por expressões com maior sentido físico.
Exemplo 5.5: Resolução do exemplo 5.4 por modelação matemática
CE i CEou 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 CE iCE 1 = CE 1 + X CE 1CE 2 CE 2 CE 2CE 3 CE 3 CE 3CE 4 CE A 1/RA CE 4CE 5 CE A 1/RA CE 5CE 6 CE B 1/RB CE 6CE 7 CE C f3/RC f5/RC CE 7CE 8 CE C f3/RC f5/RC CE 8CE 9 CE D f1/RD f6/RD f7/RD CE 9CE 10 CE E 1/RE CE 10CE 11 CE G 1/RG CE 11CE 12 CE F 1/RF CE 12
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88
A aplicação numérica ao exemplo 5.4 seria a seguinte:
O passo seguinte consiste no cálculo do operador ([I]-[K])-1, com o qual se obtém a solução. Os valores indicados na tabela diferem ligeiramente dos determinados na resolução manual do Exemplo 5.4.
Nesta matriz, é fácil de verificar os caudais necessários para a satisfação de uma unidade de produção em qualquer dos pontos. Por exemplo, para uma produção de 1 unidade no ponto 11 são necessárias 1.543 unidades do caudal 1 (posição 11,1).
CE i CEou 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12CE 1 = 5 +CE 2 10CE 3 15CE 4 10 1.111CE 5 10 1.111CE 6 5 1CE 7 7 0.5 0.75CE 8 7 0.5 0.75CE 9 10 0.556 0.111 0.444CE 10 4 2.5CE 11 1 1.111CE 12 2 1.25
CE i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 CEou1 5.0 = 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X 52 10.0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 103 15.0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 154 21.1 0 1.111 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 10
5 21.1 0 1.111 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 106 26.1 0 1.111 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 57 30.3 0 0.833 0.5 0 0.75 0 1 0 0 0 0 0 78 30.3 0 0.833 0.5 0 0.75 0 0 1 0 0 0 0 7
9 29.2 0.556 0.494 0.222 0.111 0.333 0.111 0.444 0 1 0 0 0 1010 76.9 1.389 1.235 0.556 0.278 0.833 0.278 1.111 0 2.5 1 0 0 411 85.4 1.543 1.372 0.617 0.309 0.926 0.309 1.235 0 2.778 1.111 1 0 1
12 37.9 0 1.042 0.625 0 0.938 0 0 1.25 0 0 0 1 2
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89
Exemplo 5.6: Tratamento de resíduos
sistema seguinte tem como matéria prima o caudal 3, produto final o caudal 6 e resíduo a tratar o caudal 7. Pretende-se conhecer o consumo específico de 6.
Considerando que as operações D e E não geram resíduos, a expressão de cálculo do consumo específico do produto final é:
CE6 = CEE + CED + (CEC + SCF × CEt7) + SC × CE3 + CECapital
O consumo específico de tratamento do caudal 7 é calculado por:
CEt7=CEt
F + (ft8 × CEt
8 + ft10 × CEt
10)
Nesta expressão ft8 corresponde à percentagem de material a tratar no sistema que sai da operação F
segundo o caudal 8. Havendo apenas dois caudais a tratar no sistema, resulta que ft8 + ft
10 = 1. Os restantes consumos específicos serão calculados da seguinte forma:
CEt8=CEt
G + CEt9 com CEt
9=CEtEnerg
CEt10=CEt
H + CEt11 com CEt
11=CEtLixo
A situação complicar-se-ia um pouco se as operações F, G e H apresentassem uma saída de material para fora do sistema. Por exemplo, se a operação F correspondesse ao transporte de resíduos para a estação de tratamento, tal saída de material estaria associado a perdas no transporte.
Neste caso ter-se-ia:
CEt7=CEt
F + StF(f
t8 × CEt
8 + ft10 × CEt
10)
CEt8=CEt
G + StG × CEt
9 com CEt9=CEt
Energ
CEt10=CEt
H + StH × CEt
11 com CEt11=CEt
Lixo
C D E Final 6 5 4 3
F G
H
Energ
Lixo
9 8 7
11 10 Tratamento
F G
H
Energ
Lixo
9 8 7
11 10 Tratamento
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90
5.3 Reciclagem
A reciclagem de produtos não apresenta diferença face a qualquer outra operação directamente relacionada
com um processo produtivo. A metodologia apresentada considera que num subsistema de reciclagem o
consumo específico da matéria prima é nulo, isto é, que todo o consumo energético das operações de
tratamento é atribuído à operação unitária que gera o resíduo (ou mais propriamente, ao produto útil dela
resultante).
O interesse energético da reciclagem surge quando a energia utilizada no processo de reciclagem é inferior à
energia utilizada para fabricar produto equivalente. Neste sentido interessa que os ciclos de reciclagem sejam
tão curtos quanto possível, pois, dessa forma, não só o produto reciclado substitui produtos com maior
consumo específico como também reduz o caudal nas operações a montante.
Ciclo curto Ciclo longo
Figura 5.9: Ciclos de reciclagem
5.4 Consumo específico e produção
O consumo específico foi apresentado no Cap. 2, no âmbito do RGCE tinha um sentido físico muito reduzido,
uma vez que correspondia à simples divisão entre os valores anuais do consumo energético e da produção.
Na realidade, o consumo especifico não pode ser encarado de uma forma são simplificada uma vez que
depende quer dos níveis de produção, quer da qualidade efectiva da produção.
O aumento do nível de produção provoca tipicamente uma redução do consumo específico, uma vez que os
consumos fixos, por exemplo, as perdas térmicas pelas paredes, perdem importância quando a produção
aumenta. Por outro lado, quando um equipamento começa a produzir peças com defeito, o consumo
energético mantém-se mas a produção útil diminui, fazendo com que o consumo específico aumente.
Por exemplo, um forno de vidro tem de se manter um aquecimento permanentemente pois o arrefecimento
provoca o colapso das pedras refractárias. Resulta assim que existe todo o interesse que a produção do forno
seja contínua e que o vidro produzido seja produzido bem à primeira, caso contrário as peças são novamente
lançadas ao forno, obrigando a novos consumos.
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91
A relação entre o consumo especifico e a produção pode ser feita de forma experimental quando se trata de
equipamentos bem identificados (ensaiando diferentes níveis de produção) ou de forma estatística quando se
pretende obter informação em relação a todo um processo fabril.
Na Figura 5.10 estão representados valores de produção mensal e correspondentes consumos eléctricos do
processo de produção de placas de cartão canelado. Durante o ano em análise a produção foi de 4500
toneladas, para um consumo eléctrico de 260 MWh. Com base nestes dois valores, o consumo específico
eléctrico será de 58 kWhe/ton.
A análise estatística procura encontrar uma relação entre a produção e o consumo energético, sendo comum
iniciar a análise através do cálculo de um ajustamento linear entre as duas variáveis. No caso presente, a
aplicação do método dos mínimos quadrados conduziu à relação linear, obtida com um desvio padrão de 0.67
(o que não é famoso):
Energia = a × Produção + b = 0.0073 Produção + 18.87 (Eq. 5.20)
O interesse do ajustamento linear consiste principalmente no significado físico das constantes a e b. Assim, o
valor da ordenada na origem, b, pode ser associado ao consumo energético fixo do processo produtivo, isto é,
o consumo para produção nula. O declive, a, corresponde ao consumo especifico liberto dos consumos
energéticos fixos.
Tomando o ajustamento da Eq. 5-19, o consumo especifico calcular-se-à por:
Consumo Especifico = a + b / Produção = 0.0073 + 18.87 / Produção (Eq. 5.21)
Esta expressão está representada Figura 5.11. O valor de a corresponde agora ao valor marginal de consumo
específico. O valor de b está directamente associados aos consumos fixos de energia, produzindo o aumento
do consumo específico com a diminuição da produção.
Definida a relação entre o consumo específico e a produção, dever-se-á calcular o consumo específico mínimo
da instalação, que corresponde à situação de produção máxima. No exemplo, considerando uma produção
mensal máxima de 700 toneladas, o consumo específico mínimo seria de 34.2 kWh/ton. Conhecido o consumo
específico mínimo poder-se-á determinar o rendimento energético operativo da instalação, pela razão entre o
consumo específico mínimo e o consumo específico verificado.
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Figura 5.10: Produção e consumo energético.
Figura 5.11: Produção e consumo especifico.
y = 0.0073x + 18.87
R2 = 0.4464
0
5
10
15
20
25
30
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Produção mensal (ton/mês)
Co
nsu
mo
elé
ctri
co m
ensa
l (M
Wh
/mês
) .
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Produção mensal (ton/mês)
Co
nsu
mo
esp
ecíf
ico
(M
Wh
/to
n)
.
Valores reais Correlação
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Figura 5.12: Produção e rendimento energético operativo
Desta ultima figura conclui-se que o rendimento energético operativo variou de forma muito significativa,
tendo sido atingido um valor mínimo de 24%.
A expressão linear que relaciona a produção com o consumo de energia, não tem em conta situações onde a
redução da produção útil é fruto da presença de defeitos nas peças. Os defeitos, quando identificados só no
final da operação unitária, envolvem consumos energéticos iguais aos associado às peças de boa qualidade,
pelo que essa expressão deverá ser escrita da forma seguinte:
Energia = a × (Produção + Defeitos) + b (Eq. 5.22)
Tendo em consideração a definição de rendimento mássico, R, vem:
R=Defeitos Produção
Produção
+ (Eq. 5.23)
Energia = bProduçãoa
+R
(Eq. 5.24)
Com base nesta expressão, o consumo específico calcula-se por:
Consumo Especifico = Produção
b
R
a+ (Eq. 5.25)
Desta análise conclui-se que o rendimento mássico afecta o valor assintótico do consumo específico.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Produção mensal (ton/mês)
Ren
dim
ento
en
erg
étic
o o
per
ativ
o
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94
O consumo específico pode apresentar, no entanto, expressões mais complexas, por exemplo, quando a
temperatura ambiente influencia de forma significativa o consumo, como é o caso dos edifícios.
5.5 Resumo
A análise apresentada identifica 3 tipos distintos de subsistemas: produtivo, tratamento de resíduos e
reciclagem. Qualquer destes sistemas é construído por 3 tipos de ligações entre operações unitárias:
sequencial, convergente e divergente. A operação elementar designa-se por operação unitária e é definida
pelo consumo específico, CE, e pelo factor de formação de resíduos, S, e simbolizada por uma letra. Quando as
operações unitárias estão inseridas em processos de tratamento de resíduos a definição destes dois
indicadores sofre ligeira alteração, referenciando-se agora por CEt e St.
O objectivo da análise por diagrama de blocos consiste na determinação do consumo específico de um
produto, integrando todos os consumos energéticos atribuíveis ao fabrico de tal produto e resulta da análise
do sistema. O consumo especifico de um produto é simbolizado por um número, CE2, por exemplo. Quando o
produto se insere em processos de tratamento de resíduos simboliza-se por CEt2 e o seu valor corresponde aos
consumos energéticos associados ao seu tratamento.
No exemplo seguinte apresenta-se a resolução de um sistema complexo.
Exemplo 5.7: Sistema complexo
Considere o sistema apresentado na figura seguinte:
a) Defina as condições em que se justifica a operação H do ponto de vista energético.
b) Qual o valor do CE em 7 ?
C D B E A Final 6 5 4 3 2 1
F G
H
Energ
Lixo
I J
9 8 7
14 13 12
11 10
15
16 K
Tratamento
Reciclagem
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95
c) Qual é o balanço energético final da operação de reciclagem ?
RESOLUÇÃO
a) A operação H corresponde à separação de materiais para reciclagem ou para colocação em aterro. Deste modo, a operação H permite o processo de reciclagem, que se justificará energicamente se CE4 com reciclagem for menor do que CE4 sem reciclagem.
b) O valor de CE7 corresponde ao consumo energético envolvido no tratamento de 1 kg do produto 7 (resíduo). Este valor, considerando que as operações F,G e H podem ter resíduos elas próprias (perdas do sistema de tratamento), será obtido por:
CEt7=CEt
F + StF(f
t8 × CEt
8 + ft10 × CEt
10)
CEt8=CEt
G + StG × CEt
9 com CEt9=CEt
Energ
CEt10=CEt
H + StH × CEt
11 com CEt11=CEt
Lixo
De notar que se a operação Energ corresponder à recuperação energética numa central de incineração, o valor de CEt
Energ será negativo (produção de energia), pelo que CE7 poderá ser positivo ou negativo, em função do peso energético das outras operações.
c) Esta questão corresponde à quantificação da alínea a).
Com reciclagem CE em 4 será:
CE4 = (CEC + StC× CEt
7) + SC × (f3 × CE3 + f16 × CE16) com
CE3 = CEB + SB × (f2 × CE2 + f15 × CE15)
CE2 = CEA + SA × CE1
CE16 = CEJ + SJ × CE13
CE13 = CEI + SI × CE12 com CE12=0, por definição
CE15 = CEK + Sk × CE14 com CE14 = CE16
O cálculo sem reciclagem corresponde a fazer f3=f2=StH=1 e, consequentemente, f15=f16=0
5.6 Conversão de energia
A metodologia apresentada neste capítulo mostrou como exemplos a análise de diagramas de blocos onde o
produto assume a forma de um bem. Não obstante, esta metodologia é directamente aplicável a subsistemas
energéticos, onde é a energia é o produto em análise. Deste modo, quando nos sistemas que serviram de
exemplo se considera o consumo específico da operação unitária, a energia associada resulta de uma análise
energética que envolve as transformações de energia primária em energia final.
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96
6 ENERGIA EM EDIFÍCIOS
6.1 Caracterização
A DESENVOLVER
6.2 Regulamentação
6.2.1 Sistema de Certificação Energética de Edifícios
O Sistema de Certificação Energética e da Qualidade do Ar Interior dos Edifícios (SCE) corresponde à
implementação em Portugal da Directiva Comunitária 2002/91/CE. O SCE envolve os seguintes documentos
legislativos:
• Decreto Lei n.º 78/2006, DR I Série – A, n.º 67, de 4 de Abril (SCE)
• Decreto Lei n.º 79/2006, DR I Série – A, n.º 67, de 4 de Abril (RSECE)
• Decreto Lei n.º 80/2006, DR I Série – A, n.º 67, de 4 de Abril (RCCTE)
• Despacho n.10250/2008 – DR II Série, n.º 69, de 8 de Abril de 2008 (Modelo dos Certificados de
Desempenho Energéticoe da Qualidade do Ar Interior)
O SCE tem finalidade assegurar a aplicação dos regulamentos de energia em edifícios, certificar o desempenho
energético e a qualidade do ar interior nos edifícios e Identificar as medidas correctivas ou de melhoria de
desempenho aplicáveis aos edifícios e respectivos sistemas energéticos.
A verificação regulamentar e a certificação é efectuada por peritos qualificados, cabendo à ADENE
(www.adene.pt) a gestão do sistema, com supervisão por parte da DGEG (www.dgeg.pt) e do IA
(www.apambiente.pt).
A apresentação dos regulamentos RCCTE e RSECE e das classificação energética dos edifícios não pretende ser
exaustiva, visando fundamentalmente dar uma visão geral das regras e dos indicadores previstos.
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97
6.2.2 RCCTE
O RCCTE, Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios, aplica-se principalmente
aos edifícios residenciais e aos pequenos edifícios de serviços23 e visa, fundamentalmente, garantir a qualidade
térmica do edifício. O regulamento obriga ainda, segundo certas regras, à instalação de painéis solares
térmicos.
O RCCTE (e o RSECE) entende como fracção autónoma de um edifício cada uma das partes de um edifício
dotadas de contador individual de consumo de energia, separada do resto do edifício por uma barreira física
contínua, e cujo direito de propriedade ou fruição seja transmissível autonomamente.
O RCCTE obriga que seja possível atingir certas condições interiores de conforto com um consumo anual de
energia inferior a um valor de referência. Igualmente obriga que tal seja conseguido em observância do
cumprimento de parâmetros complementares.
As condições interiores de conforto térmico pretendidas são as seguintes:
• 20º C de temperatura na estação de aquecimento
• 25ºC de temperatura e 50% de humidade relativa na estação de arrefecimento
• Consumo de 60 litros de água a 60ºC por ocupante e por dia
Em relação ao aquecimento de águas sanitárias, o RCCTE define um consumo de 60 litros de água a 60ºC por
ocupante e por dia.
O consumo máximo de energia é avaliado em 3 indicadores de energia útil e um indicador de energia primária:
• Necessidades de aquecimento (kWhcalor/m2.ano)
• Necessidade de arrefecimento (kWhfrio/m2.ano)
• Necessidade de água quente sanitária (kWhcalor em água quente/m2.ano)
• Necessidades de energia primária (kgep/m2.ano)
23 Estão abrangidos pelo RCCTE os edifícios de habitação e os pequenos edifícios de serviços, desde que a
potência dos sistemas de climatização não exceda 25 kW (de frio ou de calor). O pequeno edifício de serviços tem de ter menos 1000 m2 de área útil de pavimento (ou menos de 500 m2 no caso de centros comerciais, hipermercados, supermercados ou piscinas cobertas).
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98
A metodologia é semelhante nos 4 casos. Comparam-se as necessidades energéticas, por m2 e por ano,
calculadas especificamente para a habitação em análise com as necessidades energéticas máximas calculadas
de forma muito genérica. O RCCTE obriga que, em todas as 4 comparações as necessidades máximas não são
excedidas.
Independentemente dos vobtidos para os indicadores energéticos, o RCCTE exige ainda o cumprimento dos
seguintes parâmetros complementares:
• Requisitos mínimos de isolamento térmico da envolvente, quer nos elementos contínuos, quer nas
pontes térmicas.
• Requisitos mínimos de protecção solar (Fs).
Estes requisitos procuram garantir uma certa homogeneidade das condições ambientais da habitação,
nomeadamente sobre-aquecimentos, ou condensações de humidade.
6.2.2.1 Indicadores energéticos
Necessidades de aquecimento
As necessidades de aquecimento do edifício24, Nic, calculam-se através da seguinte expressão:
Nic = (Qt + Qv – Qgu) / Ap [kWh/m2.ano]
Nesta expressão:
a) Qt corresponde às perdas pela envolvente por condução de calor
b) Qv corresponde às perdas associadas à renovação do ar interior (aquecimento do ar exterior)
c) Qgu corresponde aos ganhos úteis de calor:
i. Ganhos de calor por entrada de radiação solar através dos envidraçados
ii. Ganhos de calor devidos aos ocupantes, aos equipamentos e à iluminação artificial.
24 Nic significa “N” de Necessidades, “i” de Inverno e “c” de calculado. Já as necessidades de arrefecimento,
são referenciadas por Nvc, “v” é de Verão. As necessidades máximas de aquecimento são referenciadas por Ni (ausência do “c” de calculado) para o Inverno e Nv para o Verão.
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Embora o cálculo de Nic esteja fora do objectivo deste documento, é importante entender que as
necessidades de aquecimento diminuem com:
• A diminuição da área de envolvente por área de pavimento.
• O aumento do isolamento térmico da envolvente.
• A diminuição do volume de ar a renovar por área de pavimento.
• Condições atmosféricas menos frias.
• O aumento da entrada da radiação solar no interior.
• A diminuição da ocupação por área de pavimento.
• A diminuição da potência calorifica libertada pelos equipamentos e iluminação artificial por área de
pavimento.
O cálculo poderá ser observado no anexo IV do RCCTE.
As necessidades máximas de aquecimento são apenas função do factor de forma do edifício (FF) e dos graus-
dia de aquecimento (GD) do concelho de localização do edifício, através das expressões:
• para FF ≤ 0.5 vem Ni = 4,5 + 0,0395 x GD [kWh/m2.ano]
• para 0,5 < FF ≤ 1 vem Ni = 4,5 + (0,021+ 0,037 x FF) x GD
• para 1 < FF ≤ 1,5 vem Ni = [4,5 +(0,021+ 0,037 x FF) x GD] (1,2 – 0,2 x FF)
• para FF > 1,5 vem Ni = 4,05 + 0,06885 x GD
É fácil de ver que o valor de Ni é tanto maior quanto maior for o factor de forma e os graus-dia de
aquecimento.
O factor de forma mede a relação entre a área de envolvente e o volume interior do edifício, ou seja, mede o
grau de convexidade do edifício, sendo menor para um edifício de geometria paralelipipédica e maior para um
edifício com fortes reentrâncias. Os graus-dia de aquecimento medem a severidade do Inverno, sendo GD
tanto maior quanto mais frio for o concelho. Assim, as necessidades máximas de aquecimento são calculadas
por forma a não penalizar (em demasia) a criatividade do projecto de arquitectura nem a localização do
edifício.
O valor de GD obtém-se por consulta do Anexo III do RCCTE, de acordo com o concelho de localização do
edifício.
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O factor de forma é obtido pela aplicação da expressão:
FF = (Σ (Aext) + Σ (τ Aint))/V [m-1]
Nesta expressão:
• Aext corresponde à área de cada elemento da envolvente exterior
• Aint corresponde à área de cada elemento da envolvente interior, ou seja, elementos da envolvente
para espaços não úteis tais como garagens ou sotãos.
• τ é um factor adimensional que varia entre 0 e 1, sendo 0 quando o espaço não útil encontra-se à
temperatura do espaço útil e 1 quando o espaço não climatizado encontra-se à temperatura exterior
(ver Tabela IV.1 do anexo IV).
O RCCTE obriga que Nic < Ni, ou seja, que as necessidades de aquecimento do edifício (ou fracção autónoma)
sejam sempre menores que as necessidades máximas permitidas.
Necessidades de arrefecimento
As necessidades de arrefecimento do edifício, Nvc, calculam-se através da seguinte expressão:
Nvc = Qg * (1 - η) / Ap [kWh/m2.ano]
Nesta expressão Qg corresponde aos ganhos totais brutos do edifício (ou fracção autónoma), η é o rendimento
de utilização dos ganhos e Ap é a área útil de pavimento.
Enquanto que no cálculo de aquecimento as 4 cargas tinham sinais diferentes, no arrefecimento todas as
cargas são no mesmo sentido. Efectivamente, enquanto que no Inverno a radiação solar e a ocupação eram
cargas favoráveis pois compensavam as perdas pela envolvente e pela renovação do ar, no Verão a radiação
solar e a ocupação também promovem o aumento das necessidades de arrefecimento.
O cálculo de Nvc está fora do objectivo deste documento, sendo descrito no Anexo V do RCCTE, devendo, no
entanto, haver uma boa consciência dos factores influentes.
As necessidades máximas de arrefecimento são apenas função concelho de localização do edifício. Para tal
recorre-se ao Anexo III do RCCTE para determinar a zona climática (V1, V2, V3, Açores ou Madeira) e, no caso
do Continente, a região (Norte ou Sul).
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As necessidades máximas determinam-se por:
Zona V1 (norte), Nv = 16 kWh/m2.ano Zona V1 (sul), Nv = 22 kWh/m2.ano
Zona V2 (norte), Nv = 18 kWh/m2.ano Zona V2 (sul), Nv = 32 kWh/m2.ano
Zona V3 (norte), Nv = 26 kWh/m2.ano Zona V3 (sul), Nv = 32 kWh/m2.ano
Açores, Nv = 16 kWh/m2.ano Madeira, Nv = 23 kWh/m2.ano
O RCCTE obriga que Nvc < Nv, ou seja, que as necessidades de arrefecimento do edifício (ou fracção autónoma)
sejam sempre menores que as necessidades máximas permitidas.
Necessidades de preparação de águas quentes sanitárias
As necessidades térmicas para preparação de águas quentes sanitárias25, Nac, calculam-se através da seguinte
expressão:
Nac = (Qa/ηa – Esolar – Eren)/Ap [kWh/m2.ano]
Nesta expressão:
a) Qa é a energia útil despendida com sistemas convencionais de preparação de AQS.
b) ηa é a eficiência desses sistemas de preparação de AQS
c) Esolar é a contribuição de sistemas de colectores solares para o aquecimento de AQS
d) Eren é contribuição de quaisquer outras formas de energias renováveis, ou recuperação de calor para o
aquecimento de AQS
É importante ter em consideração que, como a fórmula inclui a eficiência dos equipamentos de aquecimentos
de AQS, Nac reflecte um consumo específico de energia final.
25 Utiliza-se frequentemente a sigla AQS para designar as águas quentes sanitárias
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102
As necessidades máximas de preparação de AQS são calculadas pela seguinte expressão:
Na = 0,081 MAQS nd/Ap
Onde:
a) MAQS é o consumo médio diário de referência calculado com base em:
i. 40 litros/ocupante.dia
ii. o nº de ocupantes em edifício residencial é função do n.º de assoalhadas (T0=2 ocupantes e
TN=N-1 ocupantes)
b) Nd é o número anual de dias de consumo de AQS, definido em edifício residencial 365 dias/ano. Outros
valores são indicados no Quadro VI.2 do Anexo VI do RCCTE
c) Ap é a área útil de pavimento
O RCCTE obriga que Nac < Na, ou seja, que as necessidades de preparação de AQS do edifício (ou fracção
autónoma) sejam sempre menores que as necessidades máximas permitidas.
Necessidades globais
O RCCTE impoe também uma limitação às necessidades anuais de energia primária, que são calculadas com
bases nas necessidades anteriormente apresentadas através da seguinte expressão:
Ntc = 0,1 (Nic/ηi)Fpui + 0,1 (Nvc/ηv)Fpuv + Nac Fpua
Nesta expressão:
a) ηi e ηv correspondem à eficiência nominal dos equipamento utilizados nos sistemas de aquecimento e
arrefecimento
b) Fpui e Fpuv correspondem aos factores de conversão de energia final para energia primária nos
consumos de energia final para aquecimento e arrefecimento:
i. Electricidade: Fpu = 0,290 kgep/kWh (corresponde a um rendimento de 30% na produção de
electricidade, este valor foi corrigido para 0,215 kgep/kWh no SGCIE, mas no RCCTE aplica-se o
primeiro valor).
ii. Combustíveis: Fpu = 0,086 kgep/kWh (corresponde a um rendimento de 100% na produção de
combustíveis finais).
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Para entender esta expressão é importante ter em consideração que quer Nic quer Nvc são necessidades em
energia útil, isto é, necessidades directamente em calor e em frio. Assim, a conversão para energia primária
obriga:
i. Primeiro, à conversão de energia útil para energia final, daí a divisão pela eficiência do equipamento
ii. E depois, à conversão de energia final para energia primária, daí a multiplicação por factores de
conversão para tep.
No caso das necessidades de preparação de AQS não há lugar à divisão pela eficiência uma vez que estas
necessidades já são calculadas em energia final.
Na falta de valores mais precisos, o regulamento indica valores de eficiências (art. 18.º), aqui parcialmente
transcritos:
• Resistência eléctrica: 1
• Caldeira a combustível gasoso: 0,87
• Bomba de calor (aquecimento): 4
• Bomba de calor (arrefecimento): 3
• Máquina frigorífica (compressão): 3
As necessidades máximas globais são obtidas com base nos valores de necessidades máximas de aquecimento,
arrefecimento e AQS já acima apresentados:
Nt = 0,9 (0,01Ni + 0,01 Nv + 0,15 Na)
O RCCTE obriga que Ntc < Nt, ou seja, que as necessidades de energia primária do edifício (ou fracção
autónoma) sejam sempre menores que as necessidades máximas permitidas.
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6.2.2.2 Exemplo
Exemplo 6.1: Habitação em Lisboa de 200 m2
Considere uma habitação T4 localizada em Lisboa com um factor de forma de 0,6 m-1 e uma área útil de 300 m2. Aplicando o RCCTE a esta habitação obtiveram-se os seguintes valores de necessidades energéticas: Nic = 43.1 kWh/m2.ano, Nvc = 14.5 kWh/m2.ano, Nac = 6 kWh/m2.ano. A habitação não tem qualquer infraestrutura de aquecimento nem arrefecimento. Com base nestes elementos responda às seguintes questões:
a) A habitação valida os índices térmicos fundamentais impostos pelo RCCTE ?
b) Determine a etiquetagem energética a atribuir a esta habitação.
c) Que medida sugere para a etiquetagem seja um nível superior ?
RESOLUÇÃO
a) Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Aquecimento (n.º 1, a) do Art.º 15º do RCCTE):
FF = 0.6, logo Ni = 4,5 + (0,021+ 0,037 x FF) GD
O valor de graus-dias é 1190 GD (Quadro III.1 do Anexo III do RCCTE, para Lisboa)
Ni = 4.5 + (0.021 + 0.037 x 0.6) x1190 = 55.9 kWh/m2.ano > Nic
Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia Útil para Arrefecimento (n.º 2, d) do Art.º 15º do RCCTE, tendo em conta a informação do Quadro III.1 do Anexo III do RCCTE, que indica região V2 para Lisboa, e o disposto no n. 1.1 do Anexo III do RCCTE, que indica que o concelho de Lisboa é considerado Sul)
Nv = 32 kWh/m2.ano > Nvc
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Máximo Admissível de Necessidades Nominais de Energia para AQS (n. 3 do art. 15º do RCCTE e n. 2 do Anexo VI do RCCTE)
Na = 0,081 MAQS nd/Ap;
MAQS =40 * 5 = 200 l / dia ( 40 l /ocupante.dia; T4 logo 5 ocupantes)
nd = 365 dias (casa usada todo o ano)
Na = 0.081 * 200 * 365 / 300 = 19.7 kWh/m2.ano > Nac
Necessidades Nominais Específicas de Energia Primária (n. 4 do art. 15º do RCCTE e o art. 18º do RCCTE)
Ntc = 0,1 (Nic/ηi)Fpui + 0,1 (Nvc/ηv)Fpuv + Nac Fpua
Considera-se aquecimento eléctrico e arrefecimento por máquina frigorifica (compressão):
= 0,1 (43,1/1)x0,29+0,1 (14,5/3) 0,29 + 6 x 0,086 = 1,91 kgep/m2.ano
Máximo Admissível de Necessidades Nominais Específicas de Energia Primária (n. 5 do art. 15º do RCCTE):
Nt = 0,9 (0,01Ni + 0,01 Nv + 0,15 Na)
= 0,9 (0,01x55,9 + 0,01x32 + 0,15x19,7) = 3,45 kgep/m2.ano
b) A classe obtem-se por cálculo do factor R (n. 1 e n. 4 do art. 3º do Despacho 10250/2008) R= Ntc / Nt = 1,91 / 3,45 = 0,55, logo será classe energética B
c) Uma solução seria trocar o aquecimento eléctrico para aquecimento central com caldeira com combustível gasoso. Neste caso ηi=0,87; Fpui =0,086 kgep/kWh, vindo:
Ntc = 1,08 e o factor R= 1,08 / 3,45 = 0,31, logo seria classe A
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6.2.3 RSECE
O RSECE, Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios, aplica-se principalmente aos
edifícios de serviços e tem por objectivo a eficiência energética dos sistemas de climatização, impondo limites
máximos ao consumo de energia de todo o edifício. O regulamento define também as condições de
manutenção, monitorização, auditoria energética e de qualidade do ar interior.
Para além das condições interiores de conforto térmico impostas pelo RCCTE, o RSECE obriga a que a
velocidade do ar não pode exceder 0,2 m/s. Em relação à qualidade do ar, o Regulamento impõe valores
mínimos de renovação do ar e máximos de concentração de algumas substâncias poluentes.
Os edifícios abrangidos pelo RSECE são aqueles que apresentam uma área supeior a 1000 m2, ou 500 m2 para
centros comerciais, supermercados, hipermercados ou piscinas aquecidas, ou que tenham uma potência de
calor ou frio superior a 25 kW.
As imposições do Regulamento são ao nível do consumo máximo de energia do edifício e de requisitos
complementares.
6.2.3.1 Consumo máximo do edifício
Para cada actividade o RSECE define qual o consumo máximo de energia primária, nas unidades kgep/m2.ano,
que o edifício pode apresentar. Por exemplo, para um edifício novo com a actividade de escritórios que
disponha de aquecimento e arrefecimento, o consumo máximo é de 35 kgep/m2.ano.
A verificação deste valor é feito através da análise das facturas de energia se se tratar de um edifício existente,
ou por cálculo, utilizando modelos de simulação térmica de edifícios, pela aplicação da seguinte fórmula:
IEE = IEEi + IEEv + Qout/Ap
Nesta expressão IEEi corresponde às necessidades de energia primária associada à climatização na estação de
aquecimento e calcula-se por:
IEEi = (Qaq / Ap) x Fci
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Nesta expressão:
• Qaq são as necessidades de aquecimento em energia útil, expressas em kWhcalor/ano
• Ap é a área útil de pavimento
• Fci é um factor correctivo que leva em consideração a localização do edifício face a uma localização de
referência.
O cálculo de Fci é o seguinte:
Fci = Ni1/Nii
Onde o numerador, Ni1, corresponde às necessidades máximas de aquecimento do edifício permitidas pelo
RCCTE para uma localização de referência com 1000 graus-dia de aquecimento por ano, enquanto que o
denominador, Nii, calcula as necessidades de aquecimento permitidas pelo RCCTE para a zona de localização
do edifício.
Como apenas o Algarve tem menos de 1000 graus-dia de aquecimento por ano (mínimo de 940 GD em
Portimão), resulta que no resto do Continente o factor correctivo Fci é inferior a 1.
Na expressão de cálculo de IEE, o valor de IEEv corresponde às necessidades de energia primária associada à
climatização na estação de arrefecimento e calcula-se por:
IEEv = (Qarr / Ap) x Fcv
Nesta expressão:
• Qarr são as necessidades de arrefecimento em energia útil, expressas em kWhfrio/ano
• Fcv é um factor correctivo que leva em consideração a localização do edifício face a uma localização de
referência.
O cálculo de Fcv é o seguinte:
Fcv = Nv1/Nvi
Onde Nv1 são as necessidades máximas de arrefecimentodo edifício permitidas pelo RCCTE para uma
localização de referência na zona climática V1. Esta zona define impõe NV1= 16 kWh/m2.ano se o edifício tiver
uma localização Norte ou NV1= 22 kWh/m2.ano se o edifício tiver uma localização Sul. Tal significa que o factor
correctivo será unitário para um edifício localizado na zona climática V1 e inferior a 1 nas outras zonas
climáticas.
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Finalmente o termo Qout corresponde ao consumo de energia não ligado aos processos de aquecimento e
arrefecimento, nomeadamente iluminação, computadores, cozinha, tendo unidades de kgep/ano.
6.2.3.2 Requisitos complementares
O Regulamento apresenta um significativo conjunto de requisitos complementares, que são impostos a menos
que seja demonstrada a sua não viabilidade económica ou técnica:
• Evitar a potência térmica por efeito de Joule (resistências eléctricas)
• Evitar as unidades individuais de climatização (splits).
• Recuperar a energia do ar de rejeição através de permutadores de calor.
• Instalar freecooling (consiste no arrefecimento natural do edíficio quando se verifica que a
temperatura exterior é inferior à temperatura interior).
• Instalação de contadores de energia nos equipamentos de maior potência
• Motores eléctricos de bom rendimento.
• Monitorização e sistemas de gestão de energia
• Utilização de energias renováveis
• Ligação a redes urbanas de fornecimento de calor e frio
• Instalação de sistemas de cogeração
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6.2.3.3 Exemplo
Exemplo 6.2: Edifício de serviços de 4.000 m2
Pretende-se construir um hipermercado em Coimbra, com uma área de 4.000 m2. O edifício apresenta um factor de forma de 0,9, sendo o arrefecimento produzido por um chiller com um COP de 3. O edifício dispõe igualmente de um sistema de aquecimento. As necessidades energéticas foram avaliadas através de um modelo de cálculo dinâmico, tendo-se obtido os seguintes valores: Qaq = 57 tep/ano, Qarr = 180 tep/ano, Qout = 120 tep/ano. Nestas condições responda às seguintes questões:
a) Verifique se é cumprido o limite máximo ao consumo global de energia exigido pelo RSECE.
b) Determine a classe energética a atribuir a este edifício.
c) Actuando unicamente na selecção do chiller, qual teria de ser o COP do chiller para o edifício receber uma classificação superior. Comente o resultado obtido.
RESOLUÇÃO
a)O valor do IEE é obtido por (Anexo IX do RSECE):
IEE = IEEi + IEEv + Qout/Ap
IEEi = (Qaq / Ap) x Fci com Fci = Ni1/Nii
Vindo (n.º 1, a) do Art.º 15º do RCCTE):
Nii = 4,5 + (0,021+ 0,037xFF) x GD
Onde FF=0,9 e graus-dia de 1460 GD (Quadro III.1 do Anexo III do RCCTE, para Coimbra)
Nii = 4,5 + (0,021+ 0,037x0,9) x 1460 = 84 kWh/m2.ano
Em relação ao cálculo de Ni1, os graus-dia são 1000 GD (Anexo IX do RSECE):
Ni1 = 4,5 + (0,021+ 0,037x0,9) x 1000 = 59 kWh/m2.ano
Vindo Fci = Ni1/Nii= 59 / 84 = 0,70 e
IEEi = (Qaq / Ap) x Fci = (57.000/4.000) x 0,70 = 10 kgep/m2.ano
Em relação ao arrefecimento, aplica-se:
IEEv = (Qarr / Ap) x Fcv com Fcv = Nv1/Nvi
Coimbra está na zona V2-norte (Quadro III.1 do Anexo III do RCCTE) :
Nvi= 18 kWh/m2.ano (n. 2 do art. 15º do RCCTE)
e Nv1 = 16 kWh/m2.ano (n. 2 do art. 15º do RCCTE para a zona V1-norte definida pelo Anexo IX do RSECE)
Vindo Fcv = Nv1/Nvi= 16 / 18 = 0,89 e
IEEv = (Qarr / Ap) x Fcv = (180.000/4.000) x 0,89 = 40 kgep/m2.ano
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O IEE calcula-se então por:
IEE = IEEi + IEEv + Qout/Ap = 40 + 10 + 120.000/4.000 = 80 kgep/m2.ano
O IEE máximo permitido pelo RSECE para novo hipermercado que tem aquecimento e arrefecimento é (Anexo XI do RSECE):
IEEref,novos = 110 kgep/m2.ano
Deste modo o edifício valida este critério.
b) A classe determina-se procurando enquadrar o IEE em gamas (n. 6 do art. 3º do Despacho 10250/2008). Para hipermercado o valor de S é 58 (Anexo IV do Despacho 10250/2008), pelo que o factor multiplicativo é (IEEref,novos – IEE)/S =(110 – 80)/58 = 0,52
Logo a classe será A
IEEref,novos – 0,75 x S < IEE < IEEref,novos – 0,50 x S
110 – 0,75 x 58 < IEE < 110 – 0,50 x 58 , ou seja, 66,5 < 80 < 81,0
c) Para subir de classificação teria de se verificar:
IEE < IEEref,novos – 0,75 x S = 110 – 0,75 x 58 = 66,5 kgep/m2.ano.
Esta redução em 13,5 kgep/m2.ano (80 – 66,5) seria só por acção no valor de IEEv, que se teria de reduzir de 40 kgep/m2.ano para 26,5 kgep/m2.ano, ou seja, o valor de necessidade energética de arrefecimento teria de reduzir-se para 66% do valor original (26,5 / 40). Como a acção será apenas na selecção de um chiller mais eficiente, o chiller a seleccionar teria de ter um COP 1/0,66 superior, ou seja, de 5 (3/0,66). Este valor é um pouco elevado para a dimensão deste hipermercado, uma vez que um COP de 5 só é atingido em compressores centrifugos, tecnologia só disponivel para elevadas potências.
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6.2.4 Classes energéticas
A certificação energética, definida pelo Despacho n.10250/2008, define classes energéticas entre G e A+.
Para os edifícios em que é aplicável o RCCTE a determinação da classe energética é determinada em função do
factor R, calculado pela razão entre as necessidade de energia primária calculadas e máximas, R = Ntc / Nt.
Para edifícios licenciados ao abrigo do actual RCCTE o valor de R tem de ser sempre inferior a 1.
Classe energética Valor de R
A+ R ≤ 0,25
A 0,25 < R ≤ 0,50
B 0,50 < R ≤ 0,75
B- 0,75 < R ≤ 1,00
C 1,00 < R ≤ 1,50
D 1,50 < R ≤ 2,00
E 2,00 < R ≤ 2,50
F 2,50 < R ≤ 3,00
G R > 3,00
Para edifícios em que se aplica o RSECE, a determinação da classe energética determina-se com base no valor
de IEE (referenciado por IEEnom na tabela) calculado para o edifício, comparando este valor com o valor
máximo de IEE permitido (referenciado por IEEref,novos na tabela) e de um parâmetro S, com unidades de
kgep/m2.ano, definido em função da actividade do edifício.
Classe energética Condição a verificar
A+ IEEnom ≤ IEEref,novos - 0,75 x S
A IEEref,novos - 0,75 x S ≤ IEEnom ≤ IEEref,novos - 0,50 x S
B IEEref,novos - 0,50 x S ≤ IEEnom ≤ IEEref,novos - 0,25 x S
B- IEEref,novos - 0,25 x S ≤ IEEnom ≤ IEEref,novos .
C IEEref,novos ≤ IEEnom ≤ IEEref,novos + 0,50 x S
D IEEref,novos + 0,50 x S ≤ IEEnom ≤ IEEref,novos + 1,00 x S
E IEEref,novos + 1,00 x S ≤ IEEnom ≤ IEEref,novos + 1,50 x S
F IEEref,novos + 1,50 x S ≤ IEEnom ≤ IEEref,novos + 2,00 x S
G IEEref,novos + 2,00 x S ≤ IEEnom .
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112
BIBLIOGRAFIA
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