Conservação de Energia
Conceitos e Fundamentos
Definições de Energia


Aristóteles, Século IV A.C.




Maxell, 1.872 D.C.




Uma realidade em movimento

É aquilo q...
Potência e Energia
1.0

Potência (W)

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Formas de Energia
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Energia nuclear e atômica
Energia química
Células de combustível
Energia Mecânica
...
Energia Disponível em Sistemas Reais
Energia cinética de translação da Terra em torno do Sol

2,6E+34 J

Radiação solar re...
Níveis de Potência de Processos Reais
Potência liberada pelo Sol

3,4E27 W

Radiação solar interceptada pela Terra

1,7E17...
Conversões Energéticas
Tubo catódico, lâmpada fluorescente

Músculo

Coletor Solar

Máquina Térmica

Dínamo/Alternador

At...
Participação dos Setores no Consumo de
Energia (2001)
Cerâmica, 5%
Não-Ferrosos e
Outros
Metais, 7%
Cimento, 7%

Mineração...
Energéticos Utilizados na Indústria (2001)
20%

19%

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Consumo Final na Indústria (2001)

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Processo, 35%
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Direto, 51%
Força
Motriz, 11%

Outros, 0%

Eletroquím...
Energia para Força Motriz
Óleo
Diesel, 3%

GLP, 0%
Querosene, 0
%

Eletricidade, 9
7%
Evolução do Peso dos Motores
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90
80

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Desequilíbri...
Desbalanço X Conjugado
Conjugado (%)
Perda de Conjugado (%)

100%

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1%

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Carregamento dos Motores

0,75 < < 1;
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Distribuição dos Rendimentos

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< 0,7; 19%
0,7 > > 0,8;
17%
Perdas em um MIT
MIT 37 kW / 50 cv
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no estator

Perdas por
histerese e foucalt

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atrito

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Distribuição da Perdas
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Rotor, 20%

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%
Desempenho X Tensão
Característica
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- De partida, Máximo e de
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Rotação
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Motor de 30cv sobredimensionado
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Potência Reativa (Var)

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Potência Ativa (Watt)

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Comparativo entre motor
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30 X 15 cv com R$0,16 / kWh (1 ano)
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Tarifação de Energia Elétrica
Especialização em Engenharia da Manutenção Industrial
Introdução


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

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Sistema Elétrico
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Fator de Deslocamento

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V
Fator de Deslocamento
Resistor Puro

Tempo (s)

Potência
Tensão
Corrente
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Tempo (s)

Potência
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Corrente
Capacitor Puro

Tempo (s)

Potência
Tensão
Corrente
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Tempo (s)

Potência
Tensão
Corrente
Triângulo das Potências

FP

P
S

cos

S

P

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53,1°
23,1°

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Economia de Reativos
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S = 250 kVA
FDesl = 0,6

S = 250 kVA
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380 A

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S = 250 kVA
FDesl = 0,6

S = 150 kVA
228 A...
Corrigindo o FDesl

250 kVA

200 kVAr

53,1

150 kW

100 kW
Conceitos Adicionais


Período Seco e Período Úmido






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Úmido  dezembro a abril

Tensão de F...
Grupos
GRUPO "B"

GRUPO "A"

>= 230kV

A2
A3

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residencial

residencial baixa renda
rural

B2

A1

Tensão de Fornecimen...
Estrutura Tarifária


Convencional



Horo-Sazonal



Azul: cobradas de acordo com as horas do dia e com o
período do ...
Faturamento  Grupo B


Consumo kWh e KVar* (*quando aplicável!)



Valores mínimos faturáveis
Entrada

Valor em R$ para...
Faturamento  Grupo A


Demanda Faturável (kW)





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Consumo (kWh)

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

Contratada
Medida

Contratada (se hou...
Faturamento  Grupo A [cont.]
VPF




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

CF TC

DF TD

1
1 ICMS

VPF = Valor Parcial da Fatura (R$)
CF = Consumo Fatu...
Tarifa de Ultrapassagem
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Azul
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>= 69 kV  5 %
< 69kV  10%
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Ponta
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Preço Único

Preço Único

Consumo (kWh)

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Custo da Demanda
29.73

Ponta Azul

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Ponta Verde

23.82

23.82
Ponta Conv.

25.00

Fora Ponta Azul

Custo (R$/kW)

20...
Custo da Demanda + ultrapassagem
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71.46

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70.00

Custo (R$/kW)

60.00
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29.73

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30...
Demanda e Consumo
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0.93086

0.9

29.73

23.82

25

23.82

R$ / KW.h

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20

0.5
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10

0.4
0.24049

7.74

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Fonte das tarifas
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Convencional
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Azul
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http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/index.php?
option=com_co...
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Conservação energia engenharia manutenção industrial

  1. 1. Conservação de Energia Conceitos e Fundamentos
  2. 2. Definições de Energia  Aristóteles, Século IV A.C.   Maxell, 1.872 D.C.   Uma realidade em movimento É aquilo que permite uma mudança na configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste à esta mudança. Senso Comum Hoje  Medida da capacidade de efetuar trabalho
  3. 3. Potência e Energia 1.0 Potência (W) 0.8 0.6 0.4 t0 T E 0.2 P dt t0 0.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 Tempo (s) 5.0 6.0 7.0
  4. 4. Formas de Energia      Energia nuclear e atômica Energia química Células de combustível Energia Mecânica ...
  5. 5. Energia Disponível em Sistemas Reais Energia cinética de translação da Terra em torno do Sol 2,6E+34 J Radiação solar recebida pela Terra em 24 h 5,5E24 J Energia total anual em descargas atmosféricas 3,2E18 J Consumo anual de um carro a gasolina compacto 4,0E10 J Energia químia em um barril de petróleo 6,5E9 J Energia cinética de uma bola de tênis (50 g) a 25 m/s 1,5E1 J Energia para o salto de uma pulga Energia cinética média dos eétricos de átomos a 20 oC 1,0E-7 J 1,0E-20 J
  6. 6. Níveis de Potência de Processos Reais Potência liberada pelo Sol 3,4E27 W Radiação solar interceptada pela Terra 1,7E17 W Relâmpago gigante 2E13 W Turbogerador a vapor de grande porte 1,0E9 W Potência do eixo de um carro de F-1 8,0E5 W Vôo de um beija-flor Coração de um recém-nascido 7,0E-1 W 4E-1 W
  7. 7. Conversões Energéticas Tubo catódico, lâmpada fluorescente Músculo Coletor Solar Máquina Térmica Dínamo/Alternador Atrito Energia Térmica (Radiação) Energia Química Fotossíntese Quimioluminescência Energia Térmica (E. Interna) Energia Nuclear Reator Nuclear Energia Mecânica Termopilha Reação Exotérmica Resistência Bateria Eletrólise Célula fotovoltaica Motor Elétrico Energia Elétrica
  8. 8. Participação dos Setores no Consumo de Energia (2001) Cerâmica, 5% Não-Ferrosos e Outros Metais, 7% Cimento, 7% Mineração e Pelotização, 4% Têxtil, 2% Ferro-Ligas, 1% Outros, 7% Ferro-Gusa e Aço, 23% Papel e Celulose, 10% Química, 11% Alimentos e Bebidas, 23%
  9. 9. Energéticos Utilizados na Indústria (2001) 20% 19% 18% 16% 15% 14% 12% 11% 11% 9% 10% 9% 9% 8% 8% 6% 6% 5% 4% 2% 0% Eletricidade Bagaço de Óleo Cana Combustível Coque Carvão Mineral Outras Sec. Petróleo Lenha Gás Natural Carvão Vegetal Outras Prim. Renováveis Outros
  10. 10. Consumo Final na Indústria (2001) Calor o Processo, 35% Aquecimento Direto, 51% Força Motriz, 11% Outros, 0% Eletroquímica, 2% Iluminação, 1%
  11. 11. Energia para Força Motriz Óleo Diesel, 3% GLP, 0% Querosene, 0 % Eletricidade, 9 7%
  12. 12. Evolução do Peso dos Motores 100 90 80 kg/ / kW 70 60 50 40 30 20 10 0 1890 1910 1930 1950 Ano 1970 1990
  13. 13. Evolução do Rendimento 95 Rendimento (%) 90 85 80 1955 75 1983 70 65 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Potência (cv)
  14. 14. Desequilíbrio Tensão X Perdas 18% Aumento das Perdas (%) 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% 0% 1% 1% 2% 2% Desequilíbrio de Tensão (%) 3% 3%
  15. 15. Desbalanço X Conjugado Conjugado (%) Perda de Conjugado (%) 100% 95% 90% 85% 80% 0% 1% 2% 3% 4% Desbalanceamento de Tensão (%) 5%
  16. 16. Carregamento dos Motores 0,75 < < 1; 30% 0,5 < < 0,75; 30% < 0,5; 36% > 1; 4%
  17. 17. Distribuição dos Rendimentos > 0,9; 26% 0,8 > > 0,9; 38% < 0,7; 19% 0,7 > > 0,8; 17%
  18. 18. Perdas em um MIT
  19. 19. MIT 37 kW / 50 cv Perdas joule no estator Perdas por histerese e foucalt Perdas por atrito Perdas joule no rotor Perdas por ventilação Perdas por dispersão
  20. 20. Motor de Alto Rendimento  Aumento no volume de cobre para evitar perdas por efeito joule (50 – 60%)  Melhoria no material do núcleo (aço-silício e laminado mais fino) (20 – 25%) em perdas por histerese e correntes de Foucalt  Otimizar o projeto via diminuição de gaps de A/R (11 – 14%)  Diminuir atritos em rolamentos e circulação de ar para refrigeração (5%)
  21. 21. P n otê ci a a Ap re Potência Reativa (Var) Triângulo das Potências em um Motor ) ( VA nte q Potência do Eixo (W) Potência de Perdas (W)
  22. 22. Corrigindo o FDesl Qatual Qcap Plib Qdesejado qatual qdesejado
  23. 23. Motores de Indução I1 cos C P s 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0
  24. 24. Curvas (100cv Standard)
  25. 25. Curvas (100cv alto rendimento)
  26. 26. Curvas (10cv Standard)
  27. 27. Curvas (10cv alto rendimento)
  28. 28. Conjugado e Corrente (10 cv) Standard Alto Rendimento
  29. 29. Distribuição da Perdas Suplem.; 15% Ferro, 20% Rotor, 20% Estator, 33% Mecânicas, 10 %
  30. 30. Desempenho X Tensão Característica Torque - De partida, Máximo e de Operação Rotação - Síncrona - Plena Carga - Escorregamento Rendimento - Plena Carga - 3/4 Carga - 1/2 Carga Fator de Deslocamento - Plena Carga - 3/4 Carga - 1/2 Carga Corrente - Partida - Plena Carga Temperatura Capacidade de Sobrecarga Ruído de Origem Mangética Variação da Tensão Nominal 110% 90% Aumenta 12% Diminui 19% Não se altera Aumenta 1% Diminui 17% Não se altera Diminui 1,5% Aumenta 23% Aumenta 0,5 a 1% Pequena Mudança Diminui 1 a 2% Diminui 2% Pequena Mudança Aumenta 1 a 2% Diminui 3% Diminui 4% Diminui 5 a 6% Aumenta 1% Aumenta 1 a 3% Aumenta 4 a 5% Aumenta 10 a 12% Diminui 7% Diminui 3 a 4oC Aumenta 21% Leve Aumento Diminui 10 a 12% Aumenta 11% Diminui 19% Leve Queda
  31. 31. Motor de 30cv sobredimensionado
  32. 32. FDesl, MIT 30 cv Potência Reativa (Var) 12,000 8,000 4,000 0 0 4,000 8,000 Potência Ativa (Watt) 12,000
  33. 33. FDesl, MIT 15 cv Potência Reativa (Var) 12,000 8,000 4,000 0 0 4,000 8,000 Potência Ativa (Watt) 12,000
  34. 34. Comparativo entre motor superdimensionado e bem dimensionado Eixo, 30cv Reativa, 30cv 12,000 Potência Reativa (Var) Aparente, 30cv Perdas, 30cv Eixo, 15cv Perdas, 15cv 8,000 Aparente, 15cv Reativa, 15cv CELESC, 30cv CELESC, 15cv 4,000 0 0 4,000 8,000 Potência Ativa (Watt) 12,000
  35. 35. 30 X 15 cv com R$0,16 / kWh (1 ano) 30 Tensão Pcarga Pelétrica 15 380 V Motor trabalhando 24 horas por dia e o preço médio do kWh de R$ 0,16 Economia cv 380 V 26,18 A Corrente cos cv 21,7 A 0,7006 0,8326 0,9051 0,9117 15 cv 15 cv 16,57 cv 16,45 cv 88,30 W R$ 123,76 Energia Reativa Excedente 7.226,95 Var 2.896,98 Var Reativo Excedente 3.819,79 W 1.271,14 W Economia Reativos 2.548,65 W R$ 3.572,19
  36. 36. Tarifação de Energia Elétrica Especialização em Engenharia da Manutenção Industrial
  37. 37. Introdução  Quantia que deve ser paga pela prestação do serviço  Parâmetro para a correta tomada de decisão  Síntese dos parâmetros de consumo (histórico)
  38. 38. Sistema Elétrico  Padrões de Qualidade    Serviço Produto Sistemas de Distribuição:   Regime das cargas não é fixo Os valores máximos das cargas não ocorrem ao mesmo tempo
  39. 39. 4,000 2,000 0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30 Demanda (kW) Demanda (15 min) 14,000 Demanda Contratada 12,000 10,000 8,000 6,000 FD DMAX CI 0 Tempo (h:min)
  40. 40. 4,000 2,000 0:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30 8:00 8:30 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:30 Demanda (kW) Fator de Carga 14,000 12,000 Demanda Máxima 10,000 Demanda Média 8,000 6,000 FC DMED DMAX 0 Tempo (h:min)
  41. 41. Dd/mm/aa h:min 1/8/09 0:00 31/7/09 0:00 30/7/09 0:00 29/7/09 0:00 28/7/09 0:00 27/7/09 0:00 26/7/09 0:00 25/7/09 0:00 24/7/09 0:00 23/7/09 0:00 22/7/09 0:00 21/7/09 0:00 20/7/09 0:00 19/7/09 0:00 18/7/09 0:00 17/7/09 0:00 16/7/09 0:00 15/7/09 0:00 14/7/09 0:00 13/7/09 0:00 12/7/09 0:00 11/7/09 0:00 10/7/09 0:00 9/7/09 0:00 8/7/09 0:00 7/7/09 0:00 6/7/09 0:00 5/7/09 0:00 4/7/09 0:00 3/7/09 0:00 2/7/09 0:00 1/7/09 0:00 Demanda (kW) 14E+03 8E+06 12E+03 10E+03 5E+06 8E+03 4E+06 6E+03 3E+06 4E+03 Potência 2E+06 2E+03 Energia 1E+06 000E+00 000E+00 Consumo (kWh) Comportamento mensal 7E+06 6E+06
  42. 42. 1/7/09 0:00 1/7/09 4:48 1/7/09 9:36 1/7/09 14:24 1/7/09 19:12 2/7/09 0:00 2/7/09 4:48 2/7/09 9:36 2/7/09 14:24 2/7/09 19:12 3/7/09 0:00 3/7/09 4:48 3/7/09 9:36 3/7/09 14:24 3/7/09 19:12 4/7/09 0:00 4/7/09 4:48 4/7/09 9:36 4/7/09 14:24 4/7/09 19:12 5/7/09 0:00 5/7/09 4:48 5/7/09 9:36 5/7/09 14:24 5/7/09 19:12 6/7/09 0:00 6/7/09 4:48 6/7/09 9:36 6/7/09 14:24 6/7/09 19:12 7/7/09 0:00 7/7/09 4:48 7/7/09 9:36 7/7/09 14:24 7/7/09 19:12 8/7/09 0:00 Demanda (kW) 14E+03 12E+03 10E+03 1E+06 8E+03 1E+06 6E+03 800E+03 4E+03 600E+03 Potência 2E+03 400E+03 Energia 200E+03 000E+00 000E+00 Dd/mm/aa h:min Consumo (kWh) Comportamento semanal 2E+06 2E+06 1E+06
  43. 43. Fator de Deslocamento R V
  44. 44. Fator de Deslocamento
  45. 45. Resistor Puro Tempo (s) Potência Tensão Corrente
  46. 46. Indutor Puro Tempo (s) Potência Tensão Corrente
  47. 47. Capacitor Puro Tempo (s) Potência Tensão Corrente
  48. 48. Circuito RL Tempo (s) Potência Tensão Corrente
  49. 49. Triângulo das Potências FP P S cos S P Q
  50. 50. 53,1° 23,1° Reativos Excedentes faturados em kW e kWh Economia de Reativos
  51. 51. Vantagens da Correção S = 250 kVA FDesl = 0,6 S = 250 kVA 228 A 380 A 304 A S = 250 kVA FDesl = 0,6 S = 150 kVA 228 A 380 A 304 A
  52. 52. Corrigindo o FDesl 250 kVA 200 kVAr 53,1 150 kW 100 kW
  53. 53. Conceitos Adicionais  Período Seco e Período Úmido    Seco  maio a novembro Úmido  dezembro a abril Tensão de Fornecimento Tensão Carga Instalada secundária < 75 kW primária < 69kV > 75 kW primária > 69kV Demanda < 2500 kW > 2500 kW
  54. 54. Grupos GRUPO "B" GRUPO "A" >= 230kV A2 A3 B1 residencial residencial baixa renda rural B2 A1 Tensão de Fornecimento B2 Tensão de Fornecimento Subgrupo B1 Subgrupo serciço público de irrigação B3 demais classes B4 iluminação pública 88 kV a 138 kV 69 kV A3a 30 kV a 44 kV A4 2,3 kV a 25 kV
  55. 55. Estrutura Tarifária  Convencional  Horo-Sazonal   Azul: cobradas de acordo com as horas do dia e com o período do ano Verde: cobradas de acordo com as horas do dia e período do ano, porém com uma tarifa única para a demanda
  56. 56. Faturamento  Grupo B  Consumo kWh e KVar* (*quando aplicável!)  Valores mínimos faturáveis Entrada Valor em R$ para monofásica 30 kWh bifásica 50 kWh trifásica 100 kWh
  57. 57. Faturamento  Grupo A  Demanda Faturável (kW)    maior Consumo (kWh)    Contratada Medida Contratada (se houver) Medida maior Consumo e Demanda de Reativos Excedentes
  58. 58. Faturamento  Grupo A [cont.] VPF      CF TC DF TD 1 1 ICMS VPF = Valor Parcial da Fatura (R$) CF = Consumo Faturado (kWh) TC = Tarifa de Consumo (R$/kWh) TD = Tarifa de Demanda (R$/kW) ICMS = Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços
  59. 59. Tarifa de Ultrapassagem  Tolerância    Azul    >= 69 kV  5 % < 69kV  10% FDUp = (DMp – DCp) x TUp FDUf = (DMf – DCf) x TUf Verde  FDU = (DM-DC) x TU
  60. 60. Quadro Resumo Azul Verde Convencional Demanda (kW) Ponta Fora de Ponta Preço Único Preço Único Consumo (kWh) Ponta Úmido Fora Ponta Úmido Ponta Seco Fora Ponta Seco Preço Único
  61. 61. Custo da Demanda 29.73 Ponta Azul 30.00 Ponta Verde 23.82 23.82 Ponta Conv. 25.00 Fora Ponta Azul Custo (R$/kW) 20.00 Fora Ponta Verde Fora Ponta Conv. 15.00 7.74 7.74 10.00 7.74 5.00 0.00 Azul Verde Ponta Conv. Azul Verde Fora Ponta Conv.
  62. 62. Custo da Demanda + ultrapassagem 89.19 90.00 71.46 71.46 80.00 70.00 Custo (R$/kW) 60.00 50.00 40.00 29.73 23.82 30.00 20.00 23.82 23.22 23.22 23.22 7.74 7.74 7.74 10.00 0.00 Azul Verde Conv. Azul Verde Conv. Azul Verde Conv. Azul Verde Conv. PN PU FPN FPU
  63. 63. Demanda e Consumo 35 30 1 0.93086 0.9 29.73 23.82 25 23.82 R$ / KW.h 0.7 0.6 20 0.5 15 10 0.4 0.24049 7.74 7.74 0.16089 0.14796 0.14796 0.3 7.74 0.16089 0.2 5 0.1 0 0 Azul Verde PN Conv. Azul Verde FPN Conv. Consumo (R$ / kW.h) Demanda (R$ / kW) 0.8 R$ / kW
  64. 64. Fonte das tarifas  Convencional   Azul   http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/index.php? option=com_content&task=view&id=286&Itemid=94 http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/index.php? option=com_content&task=view&id=287&Itemid=94 Verde  http://portal.celesc.com.br/portal/atendimento/index.php? option=com_content&task=view&id=288&Itemid=94

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