Usos da Energia Luiz Henrique Alves Pazzini Treinamento – 3, 4 e 5 de novembro de 2004 Araçatuba...
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- Usos da Energia Luiz Henrique Alves Pazzini Treinamento 3, 4 e
5 de novembro de 2004 Araatuba - SP Novos Instrumentos de
Planejamento Energtico Regional visando o Desenvolvimento
Sustentvel
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- Usos da Energia Luiz Henrique Alves Pazzini 2 de 71 O Processo
De Uso Final Da Energia O propsito fundamental do uso da energia
assistir na satisfao das necessidades, ensejos e desejos do ser
humano. A energia eltrica pode ser usada diretamente para este fim
como, por exemplo, na proviso do aquecimento, iluminao, coco e
transporte, ou indiretamente, para produzir bens e servios para o
consumo. O que se deseja so os servios energticos que as
tecnologias de manejo da energia possam oferecer, e no a energia em
si.
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Pazzini 3 de 71 Cadeia Energtica Das Tecnologias Envolvidas No
Processo De Transformao Fontes de energia primria (carvo, petrleo,
solar, hidro, etc.) que so transformadas (usinas, refinarias, minas
de carvo, etc.), para se ter em seguida: Energia secundria
(eletricidade, leo combustvel, etc.) usadas com as tecnologias de
uso final (lmpadas, foges, nibus, casas, etc.) at obter-se: Servios
energticos (iluminao, refrigerao, condicionamento de ar, coco de
alimentos, etc.) que contribuem diretamente para o bem-estar
humano.
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Pazzini 4 de 71 Fonte: WEA Cadeia da Indstria Energtica
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Pazzini 5 de 71 Intensidade Energtica Intensidade Energtica Final a
quantidade de energia final por unidade de produo econmica
(expressa em termos do PIB). usada para medir a eficincia do uso de
energia e o modelo de consumo das diferentes economias
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Pazzini 6 de 71 Evoluo Do Consumo Final Total Do Mundo Por
Combustvel 1972 a 2000 Fonte: IEA: International Energy Agency,
World Energy Outlook 2000 (Paris, France, November 2000)
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Pazzini 7 de 71 Proporo Do Consumo Final Total de Combustveis No
Mundo 1973 a 2000 Fonte: IEA: International Energy Agency, World
Energy Outlook 2000 (Paris, France, November 2000) 19732000
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Pazzini 8 de 71 USO MVEL DA ENERGIA
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Pazzini 9 de 71 Uso Mvel Da Energia A principal forma de uso mvel
de energia consiste no uso de combustveis para o transporte. O
transporte um segmento em que o desenvolvimento histrico do uso de
energia tem tido profundo impacto sobre o mundo. A capacidade de
transporte profundamente influenciada pela disponibilidade de
energia, desde a utilizao de animais de trao at os nibus
espaciais
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Pazzini 10 de 71 USO ESTACIONRIO DA ENERGIA
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Pazzini 11 de 71 Uso Estacionrio Da Energia O uso estacionrio da
energia pode ser entendido, em principio, como toda forma de uso da
energia em termos da gerao de eletricidade ou calor para a
indstria, para o comrcio, as residncias, a agricultura e todos os
setores que determinam a atividade socioeconmica de forma
estacionaria. As principais categorias de uso estacionrio de
energia aqui analisadas esto diretamente relacionadas energia
eltrica, e so a iluminao, a fora motriz, o aquecimento e a
refrigerao.
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Pazzini 12 de 71 O Processo De Uso Final Da Energia uso indireto
uso direto eletricidadelmpada energia radiante (luz) sistema
iluminador iluminao predial iluminao eletricidade motor energia
mecnica (fora motriz) mquina seladora formatar chapa de metal
produo de carro entrada de energia entrada de energia tecnologia de
uso final tecnologia de uso final energia til energia til
tecnologia de servio tecnologia de servio energtico servio
energtico processamento de materiais necessidades humanas
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Pazzini 13 de 71 Para a Anlise De Uso Final Da Energia Necessrio:
Estimativa da quantidade de energia consumida em cada uso final;
Avaliao das tecnologias dos equipamentos de uso final; Conhecimento
dos custos e desempenho de equipamentos alternativos de uso final;
Conhecimento dos custos e desempenho de tecnologias alternativas de
gerao de energia; Previses da demanda futura por servio energtico
para cada categoria de uso final; Uma ferramenta que permita chegar
a um conjunto de tecnologias e tcnicas de suprimento, consumo e
conservao com o menor custo total.
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Pazzini 14 de 71 Os Usos Finais
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Pazzini 15 de 71 Distribuio Do Consumo Eltrico Por Setor Fonte: PDE
2001
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Pazzini 16 de 71 Distribuio Do Consumo Residencial Por Uso Final De
Eletricidade
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Pazzini 17 de 71 Distribuio Do Consumo Comercial Por Uso Final De
Eletricidade
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Pazzini 18 de 71 Distribuio Do Consumo Industrial Por Uso Final De
Eletricidade
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Pazzini 19 de 71 USOS FINAIS - ILUMINAO
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Pazzini 20 de 71 Desempenho Visual
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Pazzini 21 de 71 1 - Incandescente
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Pazzini 22 de 71 2 De Descarga
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Pazzini 23 de 71
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Pazzini 28 de 71 Lmpada x Eficincia
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Pazzini 29 de 71 Luminrias
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Pazzini 30 de 71 Reatores Funo Sua funo bsica a de limitar a
corrente na lmpada alm de aumentar a tenso de operao para seu
funcionamento. Tambm podem possuir ignitores para ionizao das
lmpadas. Tipos Eletromagntico Eletrnico
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Pazzini 31 de 71 1 - Reatores Eletromagnticos Os reatores
eletromagnticos podem ser classificados em : Reatores de alto fator
de potncia (compensados); Reatores de baixo fator de potncia;
Reatores de partida rpida; Reatores de partida convencional (com
starter).
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Pazzini 32 de 71 1.1 - Reatores de Partida Rpida No necessitam de
starters, possibilitam um acendimento praticamente instantneo, e
mantm as lmpadas livre de cintilamento. Porm consomem uma potncia
final maior e ainda utilizam uma parcela desta potncia para manter
o filamento da lmpada aquecido, mesmo quando desligada. Atualmente
existem no mercado lmpadas que desligam os filamentos aps a partida
permitindo o mesmo consumo que reatores de partida convencional. O
esforo de melhoria da qualidade dos reatores levou ao
desenvolvimento de tecnologias para reatores de partida eletrnica.
So iguais aos convencionais exceto pelo dispositivo de
partida.
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Pazzini 33 de 71 Permitem operar lmpadas fluorescentes com potncia
nominal menor, emitindo a mesma quantidade de luz. P. ex. uma
lmpada de 58W pode operar com 55W de potncia - potncia luminosa
final de 57W. O reator eletrnico apresenta grandes vantagens,
dentre as quais destacam-se: Aumento da vida til de at 50%, por
operarem em altas freqncias; Evita o efeito estroboscpico e flicker
em monitores de vdeo; No produz rudo, pois sua freqncia est acima
da faixa de audio humana; Reduz o aquecimento do ambiente, pois
possuem menos perdas; 2 - Reatores Eletrnicos
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Pazzini 34 de 71 Alto fator de potncia - 0,95; Possibilidade de
dimmerizao; Economia de at 30% de energia consumida. Distoro
harmnica de 5%, nos de boa qualidade
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Pazzini 35 de 71 Circuitos Grandes reas servidas por apenas um
circuito; Dividir os circuitos por rea ou conforme os tipos das
tarefas desenvolvidas. Separao daqueles que servem reas de circulao
e reas de trabalho. Reduzir o consumo de energia no horrio da
limpeza, perodo em que no exigido um alto nvel de iluminamento.
Luminrias prximas s janelas possam ser desligadas, quando houver
luz natural suficiente.
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Pazzini 36 de 71 Superfcies Internas e Mobilirio A decorao dos
ambientes e os revestimentos de teto, piso e paredes tm uma grande
interferncia no resultado da iluminao de um determinado
ambiente
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Pazzini 37 de 71 Detetor de Presena: infra vermelho, ultra som;
Scheduling Controls: Horrios programados, desligamento parcial ou
total; Dispositivos de Controle
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Pazzini 38 de 71 DICAS PARA O USO EFICENTE DA ILUMINAO Adote
interruptores independentes que so uma alternativa inteligente
quando h grandes reas iluminadas. Eles tornam possvel o
desligamento de lmpadas em determinados locais, mantendo outros
iluminados. Desligue as lmpadas ao se ausentar da sala ou local de
trabalho. O uso de cores claras (branco, gelo ou bege) nas paredes
e tetos permite reduzir a quantidade de lmpadas. Verifique a
possibilidade de instalao de sensores de presena em ambientes como
halls, banheiros, corredores, etc. Verifique a possibilidade de
instalao de interruptores temporizados para controle de iluminao
externa, terreiros, vitrines etc.
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Pazzini 39 de 71 USOS FINAIS FORA MOTRIZ
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Pazzini 40 de 71 Fora Motriz Aproximadamente 71% dos motores operam
com carga inferior nominal, e 25% operam com apenas 50% da carga
nominal. Alm disso, as prticas de manuteno, operao e instalao no so
sempre as mais corretas. O rendimento de um motor varia de acordo
com a potncia fornecida, apresentando maiores valores quando opera
acima de 70% de sua potncia nominal (de placa), caindo muito quando
aciona cargas menores. Por outro lado, a operao a plena carga em
regime permanente limita a vida til pelo aquecimento que isso
provoca.
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Pazzini 41 de 71 Classificao e Caracterizao Genricas dos Motores
Eltricos
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Pazzini 42 de 71 Curva Caracterstica Tpica De Rendimento E COS De
Motores Trifsicos Abaixo de 60% de carregamento, os motores
consomem mais energia para realizar um dado trabalho Desta forma
torna-se mais econmico funcionar os motores com carregamento da
ordem de 60% a 90%.
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Pazzini 43 de 71 EXEMPLO Uma indstria possui uma bomba hidrulica
cujo motor apresenta as seguintes caractersticas: Potncia Nominal:
75 CV Tenso de Operao: 380 V 1) Corrente medida no motor durante
seu funcionamento: 37 A 2) Consultando-se a curva caracterstica
desse motor, verifica-se que, para esta corrente, o rendimento
igual a 81% e o FP de 0,80. 3) A potncia ativa do motor : Pa =
19.481W = 26,4 CV
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Pazzini 44 de 71 4) A potncia til do motor ser: Pu = 21,5 CV 5)
Ainda pela anlise da curva caracterstica do motor, verifica-se que
o motor dessa bomba opera com 36% de sua carga nominal. 6) Para
esta bomba pode-se utilizar um motor de 25 CV que, nestas condies
operar com carregamento aproximado de 86%. 7) Para esta condio de
carregamento o motor de 25 CV apresenta corrente de 30 A e FP =
0,83 (dados de sua curva caracterstica). 8) A potncia ativa do
motor de 25 CV ser: Pt = 16.388W
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Pazzini 45 de 71 9) Portanto, a substituio dos motores poder
proporcionar uma reduo na potncia ativa igual a: Pa- Pt = 19.481 -
16.388 Pa-Pt = 3.093W 10) Como a bomba hidrulica opera 450 horas
por ms, a sua substituio proporcionar uma economia de energia igual
a: E = (PaPt)xh 1.000 E = 1.392 kWh/ms
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Pazzini 46 de 71 Tcnicas para Reduzir o Consumo de Eletricidade A
busca de motores eltricos mais eficientes est relacionada com o
custo crescente de energia, e a necessidade de procurar um sistema
energtico globalmente mais eficiente. As tecnologias usadas para
isso so: aplicao de condutores com alta condutividade e de seo
maior no rotor e no estator, para reduzir as perdas por aquecimento
resistivo; utilizao de laminaes mais finas e de melhores materiais
magnticos para reduzir as perdas no ncleo;
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Pazzini 47 de 71 Tcnicas para Reduzir o Consumo de Eletricidade
diminuio do entreferro, reduzindo assim, a fora magnetomotriz
requerida, bem como as correntes induzidas. No caso dos motores
monofsicos, a simples otimizao no dimensionamento do motor pode
elevar a sua eficincia em at 4,5% acima dos motores comuns atuais,
sem custo adicional. operao e o controle dos motores eltricos
atravs da manipulao da velocidade por meio da Eletrnica de
Potncia.
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Pazzini 48 de 71 Variao de Velocidade para Reduzir o Consumo de
Eletricidade Aplicaes onde a adoo da velocidade varivel proporciona
economias: bombas, ventiladores, insufladores, compressores, e
outros. Estas mquinas requerem, de fato, uma regulagem contnua do
ponto de funcionamento em funo de parmetros do processo.
Equipamentos utilizados para variao de velocidade : Acoplamentos
hidrulicos, Acoplamentos magnticos, Motores de corrente contnua e
conversores estticos, Motores de induo com rotores e resistor
variveis, Motores de induo e inversores de freqncia eletrnicos As
trs ltimas tecnologias so as mais eficientes, porm tambm as mais
caras.
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Pazzini 49 de 71 Os inversores estticos so equipamentos que
permitem variar a velocidade de motores trifsicos de induo a partir
da variao da sua freqncia e tenso de operao. A tenso e a freqncia
so modificadas proporcionalmente para que o torque seja mantido
constante em toda a faixa de variao de velocidade. Vantagens (tipo
PWM): Boa eficincia (superior a 90%), bom fator de potncia,
by-pass, evita sobrecargas por acelerao inercial, opera mais de um
motor (dentro dos limites de corrente). Desvantagem: alto custo
inicial, Para motores de grande potncia com utilizao intensa, a
economia de energia pode amortizar o investimento em prazos
atraentes.
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Pazzini 50 de 71 Motores Mais Eficientes Nestes motores aumentou-se
a massa de material ativo (cobre e chapas metlicas) de forma a
reduzir as perdas no cobre e no ferro. Neste sentido so utilizadas
chapas magnticas com baixas perdas e entalhes especiais em
determinados casos. A parte mecnica foi revisada, com nfase
ventilao, de forma a reduzir perdas por atrito e diminuir os nveis
de rudo. Como conseqncia, os motores mais eficientes apresentam
peso da ordem de 15% superior e seu custo aumentou da ordem de 20 a
25% chegando 40%. A melhoria de rendimento e do FP da ordem de 2 a
5%. Dependendo da potncia e do regime de uso pode-se amortizar
rapidamente seu custo adicional. Hoje, no Brasil, os motores
eficientes correspondem apenas 2% das vendas deste segmento.
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Pazzini 51 de 71 MANUTENO DOS MOTORES Adote sistemas de partidas
compensadas para motores acima de 7,5 cv Instale motores adequados
ao regime de trabalho Faa a adequao do motor ao ambiente de
trabalho Evite motores trabalhando em vazio Ajuste os condutores
tenso e corrente Reexamine o regime de trabalho (tempo de
funcionamento) Instale sistema de proteo adequado Ajuste os
sistemas de acionamento de cargas aos motores Verifique alinhamento
de polias
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Pazzini 52 de 71 Evite deslizamento com dimetro mnimo de polias
Execute balanceamento de polias (para evitar vibraes) Evite
rebobinamento de motores antigos (vida til: 10 anos) Evite variaes
de tenso ou voltagem Programe corretamente o nmero de partidas/hora
Evite partidas com carga Verifique os rudos e as vibraes,
eliminando-os imediatamente (folgas nos mancais) Efetue,
periodicamente, manuteno preventiva e corretiva Evite liga ao mesmo
tempo motores de grande potncia Utilize motores de alto rendimento
energtico
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Pazzini 53 de 71 USOS FINAIS REFRIGERAO
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Pazzini 54 de 71 Refrigerao A refrigerao um dos usos finais de
importncia significativa no mercado de energia eltrica,
principalmente em alguns ramos industriais e de servios. Um sistema
de refrigerao constitui-se basicamente de um ciclo fechado para um
fludo refrigerante, o qual percorre um circuito passando por um
compressor, condensador, vlvula de expanso termosttica e
evaporador. Percorrendo tal circuito, o fludo retira calor do meio
(ou ambiente) que se quer resfriar atravs do evaporador e o
transfere ou dissipa ao ambiente exterior atravs do condensador.
Tambm existe o processo de refrigerao pelo chamado ciclo de absoro
(Co-gerao).
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Pazzini 55 de 71 Refrigerao Setor Residencial 86% dos modelos tm
uma porta com congelador interno, de degelo manual. 14% tm duas
portas com congelador acoplado, degelo parcialmente automtico. Os
refrigeradores de duas portas, consomem em mdia duas vezes mais
eletricidade do que os refrigeradores de uma porta, (esto
aumentando sua parcela relativa no mercado). A eficincia de alguns
modelos foi melhorada por meio de uma ou mais medidas como: Uso de
um melhor isolamento e moto-compressores mais eficientes, Modificao
do modelo do sistema de refrigerao, atuando-se nas tecnologias dos
dispositivos de expanso, evaporadores e condensadores.
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Pazzini 56 de 71 Refrigerao Setor Residencial Diferena de at 70 %
no consumo - 86 90 Em 90 24% mais no consumo mdio que em 2000 2000:
294 | 438 | ~ 350
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Pazzini 57 de 71 Refrigerao Setor Comercial A refrigerao de
alimentos responde por cerca da metade do uso de eletricidade em
supermercados e restaurantes, e quase 17% da demanda total de
eletricidade em edifcios comerciais em So Paulo. Resultado de
equipamentos ineficientes e m operao e manuteno. Uma tecnologia
desenvolvida no Brasil para supermercados envolve o uso de vrios
compressores de diferentes tamanhos em um sistema centralizado de
refrigerao. Variando o nmero de compressores em uso, capacidades de
refrigerao diferentes so obtidas. Essa prtica elimina a maior parte
das perdas de consumo experimentadas com compressores nicos para
sistemas de refrigerao. Essa tecnologia tambm traz um sistema
inovador de lubrificao.
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Pazzini 58 de 71 Refrigerao Setor Comercial Aproximadamente 40
instalaes haviam sido feitas at 1989 e os supermercados confirmaram
uma economia de eletricidade da ordem de 30-40%. Nos Estados
Unidos, existem motores e compressores de alta eficincia para
equipamentos de refrigerao comercial que aumentam a eficincia em 10
- 15%.
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Pazzini 59 de 71 Para Otimizao Do Sistema De Refrigerao Evite que
fontes frias fiquem perto das quentes. Mantenha fechadas as portas
dos equipamentos de frio. Evite obstruir a sada de ar frio dos
equipamentos (barreiras trmicas). Execute isolamento trmico em toda
a rede de frio. Ajuste a temperatura dos equipamentos s
necessidades de conservao dos alimentos. Evite a formao de gelo no
equipamento; (regule o termostato. Evite iluminao direta entre os
produtos congelados e/ou refrigerados.
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Pazzini 60 de 71 Evite colocar em equipamento de refrigerao
produtos ainda quentes ou em embalagens de transporte. Mantenha
cobertos os balces e as ilhas de produtos congelados durante a
noite, para maior conservao do frio. Execute manuteno peridica
verificando o estado das ventilaes em portas e tampas dos balces
refrigerados. Execute manuteno em torres de refrigerao e tratamento
da gua de refrigerao para evitar incrustao na tubulao. Execute o
intertravamento eltrico de motor da torre de resfriamento com o
compressor de frio na funo degelo.
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Pazzini 61 de 71 Aproveite as cmaras frias, que funcionam
ininterruptamente, para fazer o pr- congelamento dos produtos, que
sero colocados posteriormente nos balces frigorficos. Assim, voc
pode manter os balces desligados enquanto os produtos estiverem
sendo pr-congelados nas cmaras frias. Ao armazenar os produtos,
evite a formao de barreiras que impeam a circulao de ar.
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Pazzini 62 de 71 USOS FINAIS AQUECIMENTO
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Pazzini 63 de 71 Aquecimento Eltrico Aquecimento resistivo a gerao
de calor pelo efeito Joule numa resistncia. Aquecimento indutivo
consiste na gerao de calor utilizando-se do efeito Joule atravs das
correntes de Eddy induzidas (aquecimento indutivo sem ncleo de
ferro) ou das correntes circulares, com ncleo de ferro. Aquecimento
dieltrico nos materiais dieltricos quando a gerao de calor acontece
pela agitao das molculas polarizadas devido a um campo
eletromagntico oscilante de alta freqncia.
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Pazzini 64 de 71 Aquecimento Eltrico Aquecimento por arco. Nesse
caso o fenmeno que permite a gerao de calor acontece quando uma
corrente circula em um canal de gs ionizado descarga de arco e a
transferncia de forma indireta desde o arco ao elemento alvo.
Aquecimento por emisso de plasma consiste na gerao de uma emisso
muito quente de plasma ionizado por meio de uma descarga de arco ou
tambm por conexo energtica indutiva. Aquecimento por emisso de
eltrons a gerao de calor ocasionada devido ao fenmeno em que
eltrons livres acelerados atingem o elemento a ser aquecido.
Aquecimento por emisso laser a gerao de uma luz monocromtica e/ou
radiao infravermelha atravs da emisso discreta e coesa excitada
eletricamente.
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Pazzini 65 de 71 Para Melhorar O Desempenho Dos Fornos E Estufas
Opere o equipamento com a carga mxima, ou seja, com o mximo
admissvel de produtos. Mantenha o forno (padaria) operando a 210 o
C para massa de sal e a 170 o C para massas amarela e biscoitos. No
espao de tempo entre as fornadas, aproveite para assar massa
amarela, biscoito e outros produtos. Assim, voc aproveita o calor
de forma mais eficiente. Mantenha as portas frontais dos
compartimentos do forno sempre vedadas e fechadas durante as
fornadas. Efetue manuteno peridica nos dispositivos de combusto,
controle e exausto dos gases.
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Pazzini 66 de 71 Mantenha as portas frontais dos compartimentos do
forno sempre vedadas e fechadas durante as fornadas. Efetue
manuteno peridica nos dispositivos de combusto, controle e exausto
dos gases. Mantenha em bom estado o isolamento trmico da estrutura,
piso e teto dos fornos. Estude a viabilidade econmica de substituir
fornos eltricos por fornos a gs. Evite a vaporizao excessiva de gua
dentro dos fornos.
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Pazzini 67 de 71 No use balces trmicos sobre balces frigorficos,
pois o calor ter que ser retirado e implicar gasto adicional em
refrigerao. Use equipamentos a gs sempre que for economicamente
vivel. Verifique sempre se o uso de exaustores necessrio e se
existe controle adequado de sua utilizao. Mantenha em bom estado de
conservao o isolamento e o dispositivo de controle de temperatura
dos equipamentos, utilizando a temperatura adequada para cada
produto. Para Melhorar O Desempenho Das Fritadeiras e
Assadeiras
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Pazzini 68 de 71 Aproveite o retorno de condensado para aumentar
temperatura da gua de alimentao da caldeira de cada o C de aumento
da temperatura, h reduo de 1% no consumo do combustvel leo, lenha,
etc. Isole termicamente os tubos que transportam vapor, para evitar
perdas trmicas. Instale equipamentos misturadores capazes de
promover a regulagem de temperatura das fontes consumidoras de
calor. Utilize calor residual para fazer pr-aquecimento de gua ou
combustvel.
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Pazzini 69 de 71 USOS FINAIS OUTROS USOS
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Pazzini 70 de 71 Outros Usos Finais A eletrnica de escritrio ainda
no comporta uma definio simples ou amplamente aceita. Parece lgico,
entretanto, que os servios prestados nesse setor sejam considerados
em sua variedade tais como: Microcomputadores, Fax, Fotocopiadoras,
Perifricos de computadores para armazenamento de dados, comunicao
intra e inter escritrio. Estima-se o consumo deste uso como sendo
de at 20W/m 2
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Pazzini 71 de 71 Obrigado! pazzini@pea.usp.br
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