ANÁLISE ENERGÉTICA DE SISTEMAS

ANÁLISE ENERGÉTICA DE SISTEMAS

Miguel Águas

2003/2004

Miguel P. N. Águas, tel: +351 21 841 73 74, tmv:+351 93 505 98 03, fax: +351 21 841 73 65

[email protected] http://alfa.ist.utl.pt/~miguel Instituto Superior Técnico

1

ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 4

1.1 FUNDAMENTOS............................................................................................................................. 4 1.2 OBJECTIVOS E ORGANIZAÇÃO ...................................................................................................... 5

2 ENERGIA PRIMÁRIA E ENERGIA FINAL................................................................................. 6

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.......................................................................... 15 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....................................................................................... 21

2.9.1 Consumo específico ............................................................................................................ 21 2.9.2 Rendimento......................................................................................................................... 21 2.9.3 Discussão............................................................................................................................ 22

2.10 RGCE ......................................................................................................................................... 24 2.10.1 Legislação .......................................................................................................................... 24 2.10.2 Entidades abrangidas......................................................................................................... 26 2.10.3 Regras de cumprimento...................................................................................................... 26 2.10.4 Consumo marginal, electricidade especifica e biomassa................................................... 29 2.10.5 Auditoria energética e plano de racionalização ................................................................ 29

2.11 CONSERVAÇÃO DE ENERGIA....................................................................................................... 33 2.12 EXEMPLO DE APLICAÇÃO ........................................................................................................... 36

3 INDICADORES ............................................................................................................................... 40

3.1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 40 3.2 RESERVAS E CONSUMO MUNDIAL............................................................................................... 40 3.3 PORTUGAL E O PROTOCOLO DE KIOTO ....................................................................................... 42 3.4 POLÍTICA ENERGÉTICA ............................................................................................................... 43

3.4.1 Objectivos........................................................................................................................... 43 3.4.2 Metodologia........................................................................................................................ 43



2

3.4.3 Instrumentos ....................................................................................................................... 44 3.5 PIB.............................................................................................................................................. 45 3.6 INTENSIDADE ENERGÉTICA E DESENVOLVIMENTO..................................................................... 46 3.7 BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL ............................................................................................ 49 3.8 EVOLUÇÃO DO CONSUMO........................................................................................................... 51 3.9 O PLANO ENERGÉTICO NACIONAL .............................................................................................. 54 3.10 MODELO INPUT-OUTPUT ............................................................................................................ 57

3.10.1 Aplicação à macro-economia............................................................................................. 57 3.10.2 Aplicação ao balanço energético nacional ........................................................................ 65

4 PREÇOS DA ENERGIA ................................................................................................................. 71

4.1 ANÁLISE HISTÓRICA ................................................................................................................... 71 4.2 PREÇOS ACTUAIS ........................................................................................................................ 75 4.3 LIBERALIZAÇÃO DO MERCADO ELÉCTRICO ................................................................................ 75 4.4 O TARIFÁRIO NO SISTEMA PÚBLICO............................................................................................ 79

4.4.1 Baixa tensão ....................................................................................................................... 80 4.4.2 Média e alta tensão ............................................................................................................ 81

5 ANÁLISE DE SISTEMAS .............................................................................................................. 84

5.1 DIAGRAMA DE BLOCOS............................................................................................................... 84 5.1.1 Operação unitária produtiva.............................................................................................. 84 5.1.2 Operação unitária de tratamento de resíduos.................................................................... 85 5.1.3 Ligações elementares ......................................................................................................... 87

5.2 MODELAÇÃO .............................................................................................................................. 96 5.3 RECICLAGEM .............................................................................................................................. 99 5.4 CONSUMO ESPECÍFICO E PRODUÇÃO .......................................................................................... 99 5.5 RESUMO.................................................................................................................................... 103 5.6 CONVERSÃO DE ENERGIA ......................................................................................................... 105



3

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 AES 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)



5

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.

A disciplina tem uma página na Internet, indicada em rodapé.

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.



6

2 ENERGIA PRIMÁRIA E ENERGIA FINAL

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

fqCarnot T

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.

3 Tonelada equivalente de petróleo 4 Tratando-se de uma transferência de calor real a diferença de temperaturas é necessariamente um

valor não elementar.



7

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.

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

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 ΔT 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.



8

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 de AES 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.



9

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 utilizável

• 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 utilizável.

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.



10

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.



11

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

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

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.



12

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 utilizável 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.

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.



13

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.



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• 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

Font

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ação

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• Produção • Transporte • Conforto

Primária

Final

• Motor eléctricos • Lâmpadas • Caldeiras • Permutadores • Motores térmicos C

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Utili- zável

Produtiva

Degradação de energia

primária

Degradação de energia

final

Desperdício de energia

Figura 2.2: Transformação da energia



15

2.4 A TEP como unidade de energia primária

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 10000Mcal/MWh 2376

=



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.



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)

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%

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:

20 Direcção-Geral de Energia



18

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.

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.



19

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.



20

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 utilizável 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 utilizável é de 100%, logo o kWh utilizável 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 utilizável 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 utilizável é de 250%, ou seja, 3/5 da energia provêm do ar atmosférico. Por este motivo a despesa é de apenas 0.04 €/kWh utilizável. 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

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

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.



21

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

PotênciaProdução 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 EnergiaMínima 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.



22

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.



23

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.

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.



24

2.10 RGCE

O RGCE consiste no Regulamento de Gestão dos Consumos de Energia. Este regulamento

tem uma especial importância no sector industrial uma vez que é neste sector que se

encontram as empresas de consumo intensivo de energia. No entanto, o número de

instalações do sector dos serviços que se encontram abrangidos por este regulamento é já

elevado, esperando-se o seu crescimento.

A abordagem do RGCE assenta em duas linhas de cálculo fundamentais:

• Os consumos são convertidos em energia primária

• A eficiência energética é feita pelo cálculo dos consumos específicos.

O objectivo do RGCE consiste em promover a redução de consumo de energia primária

nacional através da diminuição dos valores de consumo específico.

O RGCE será apresentado pela legislação associada e pela discussão das disposições com

que se caracteriza qualquer regulamento:

• Entidades abrangidas

• Regras de cumprimento

• Punições

2.10.1 Legislação

O RGCE encontra-se regulamentado em:

• I - Decreto-Lei nº 58/82, D.R. nº 47, I série de 1982/02/26.

Neste decreto-lei define-se gestão de energia como um meio eficaz para minorar as

dificuldades resultantes da crise energética, utilizando técnicas de custo não elevado,

de fácil aplicação e de resultados positivos a curto prazo.

Obriga as instalações consumidoras intensivas de energia a:

o Fazer examinar as condições em que operam relativamente à utilização de energia

o Elaborar um plano de racionalização do consumo de energia, sujeito à aprovação

da Direcção-Geral de Energia.

o Cumprir o referido plano, sob a responsabilidade de um técnico qualificado.



25

o Estabelecer penalizações.

Concretiza-se no 1º Regulamento de Gestão do Consumo de Energia:

• II - Portaria nº 359/82, D.R. nº 81, I Série, de 7 de Abril.

o Define-se no Artigo 1º o âmbito de aplicação do regulamento:

Instalações com consumo superior a 1000 tep/ano

Instalações com equipamento cujo consumo total nominal excede 0,5 tep/hora

Instalações com pelo menos 1 equipamento cujo consumo energético nominal

excede 0,3 tep/hora

o Obrigatoriedade de existência de um técnico ou entidade responsável

o Estabelece-se um método para o cálculo de métodos de redução dos consumos

energéticos a alcançar num período de 5 anos

• III - Despacho da DGE n.º 98/1983, 2ª série, de 29 de Abril. Publica os valores dos

coeficientes de conversão para tep (ver Anexo 2)

• IV – Despachos da DGE, 2ª série, relativos à publicação de consumos específicos da

referência: n.º 98/1983 de 29 de Abril, n.º 222/1986 de 26 de Setembro, n.º 252 de 31

de Outubro, n.º 25/1987 de 30 de Janeiro, n.º 6017/2001 de 26 de Março, n.º

6018/2001 de 26 de Março, n.º 16388/2001 de 7 de Agosto, n.º 23458 de 20 de

Novembro, n.º 26602/2001 de 31 de Agosto,

• V - Despacho da DGE n.º 10/1988, 2ª série, de 30 de Maio. Concretiza o RGCE em

certos domínios.

o O domínio de aplicação é a todos os sectores com exclusão do doméstico.

o Identifica a Auditoria Energética, como o documento de exame das instalações.



26

2.10.2 Entidades abrangidas

As empresas abrangidas pelo RGCE são, na prática, aquelas cujo consumo ultrapassa as 1000

tep/ano, uma vez que os critérios de potência tornam-se de difícil avaliação. A identificação das

empresas que estão abrangidas pelo RGCE tem sido de natureza voluntarista, uma vez que a

DGE, salvo num curto período ao longo destes 20 anos, tem optado por não forçar as

empresas a cumprirem as disposições do RGCE através de penalizações. Não havendo uma

acção activa da DGE na área do RGCE, o cumprimento é voluntário por parte das empresas,

apresentando uma das seguintes 3 motivações:

• A apresentação de uma candidatura a incentivos ao investimento na área energética

obriga ao cumprimento do RGCE

• As normas de certificação ambiental (ISO 14000), obrigam as empresas a estarem a

cumprir a legislação, nomeadamente o RGCE.

• Cumprir o RGCE significa reduzir a factura energética

2.10.3 Regras de cumprimento

Uma empresa com um consumo anual superior a 1000 tep/ano deverá proceder a uma

auditoria energética, estudo que permitirá conhecer qual o consumo especifico do produto

produzido na empresa, bem como o conjunto de medidas de conservação de energia, através

das quais será possível diminuir os valores dos consumos específicos.

O consumo específico é calculado por:

anual Produçãoanual energético Consumo

=CE (Eq. 2.4)

O consumo energético é avaliado em termos de energia primária (tep) e a produção na unidade

física utilizada.

A validade de cada auditoria é de 5 anos21. O cronograma de implementação das medidas ao

longo dos 5 anos permitirá calcular a evolução previsível dos consumos específicos, análise

que constitui o Plano de Racionalização dos Consumos Energéticos.

21 A menos que se verifique uma alteração profunda na estrutura energética da empresa ao longo desse período.



27

As metas de redução dos consumos específicos são calculadas com base nos valores de

consumos específicos de referência, designados por K, publicados oficialmente pela DGE.

Depois de um longo período de estagnação, os valores de K começaram a ser revistos com

base nas auditorias energéticas de empresas que cumprem o RGCE e estudos específicos.

Quadro 2.4: Exemplos de valores de K definidos pelo RGCE

Produto

Leite ultrapasteurizado 2.4 kgep/tonQueijo 47 kgep/tonManteiga 110 kgep/tonÓleos Alimentares refinados diversos 110 kgep/tonAçucar refinado 105 kgep/tonCerveja 5.9 kgep/hlTinturaria de tecidos de lã e mistos de lã 500 kgep/tonTingimento de fios de algodão e de fibras mistas 520 kgep/tonAcabamento de tecidos de algodão e de fibras mistas 270 kgep/tonAcabamento de malhas de algodão e de fibras mistas 243 kgep/tonAglomerado negro de cortiça 50 kgep/m3Papel Kraft crú 225 kgep/tonCartão canelado (sem transformação) 30 kgep/tonCartão canelado (embalagem) 45 kgep/tonAmoníaco (incluindo os produtos de processo) 1008 kgep/tonAdubo simples superfosfatado granulado 32 kgep/tonPavimentos 190 kgep/tonLouça sanitária 550 kgep/tonVidro de embalagem (vidro bruto) 230 kgep/tonVidro plano (vidro bruto) 220 kgep/tonTijolos e abobadilhas 40 kgep/tonTelhas e acessórios de tehado 55 kgep/tonCimento normal (moagem do clinquer) 11 kgep/ton

K em vigor

As regras de cumprimento do RGCE são seguidamente apresentadas. Seja CE0 o valor do

consumo específico no ano histórico, ano anterior à auditoria, e CE5 o valor previsto para 5

anos depois, em resultado da implementação das medidas de conservação de energia

identificadas.



28

Se CE0 > K então a empresa deverá reduzir o seu consumo específico por forma a que no final

dos 5 anos a diferença entre o seu actual valor e o valor do consumo específico de referência,

K, esteja reduzida a metade do seu valor inicial, conforme se indica na equação seguinte.

2CE

2CE

CE 0005

KKCE

+=

−−≤ (Eq. 2.5)

Se CE0 < K, ou quando a legislação não apresenta um valor de K para o produto em causa,

então o valor de consumo especifico de referência considera-se como 90% do valor de CE0,

por forma que mesmo uma empresa de grande eficiência energética tenha de procurar reduzir

o seu consumo ainda mais. Substituindo K por 0.9×CE0 na equação de cima conclui-se que o

consumo específico deverá ser reduzido em 5% no período de 5 anos.

000

05 CE0.952

CE0.9CECE ×=

×−−≤CE (Eq. 2.6)

A título de exemplo, considere-se uma tinturaria de tecidos de lã. Esta actividade apresenta um

valor de K de 500 kgep/ton. Assim, se o consumo específico no ano histórico (CE0) tivesse sido

de 590 kgep/ton, a empresa deverá implementar medidas por forma que daqui a 5 anos o seu

consumo específico não ultrapasse 545 kgep/ton. Se, em lugar de 590 kgep/ton, a empresa

tivesse apresentado CE0=480 kgep/ton então o valor de K seria revisto para 90% do CE0 e a

sua meta a 5 anos seria de 456 kgep/ton.

Tipicamente uma empresa consome mais do que uma forma de energia final. Assim o

consumo energético anual é calculado pela adição das várias formas de energia após

conversão para tep, ou seja:

Consumo energético =∑ ×i

i de Consumo CCTi (Eq. 2.7)

Nesta expressão CCTi é o coeficiente de conversão para tep da energia final i.



29

Quadro 2.5: Coeficientes de conversão para tep

Forma de Energia

Electricidade 0.29 tep/MWhThick fuel-óleo 0.969 tep/tonPropano 1.14 tep/tonGás natural 0.91 tep/103 m3

Gasóleo 0.872575 tep/m3

Coeficiente de Conversão

Uma empresa, com consumo exclusivamente eléctrico, atinge o limiar das 1000 tep/ano com

um consumo de 3450 MWh/ano. Para um preço unitário de 0.06 €/kWh, a factura eléctrica

correspondente será de 200 k€/ano. Por outro lado, 1000 tep/ano em fuel-óleo corresponde a

1030 toneladas, o que para um custo unitário de 0.3 €/kg, resulta numa factura de 300 k€ /ano.

Assim, na actual conjuntura de preços da energia, as empresas abrangidas pelo RGCE

apresentam um factura energética superior a 300 k€ /ano.

2.10.4 Consumo marginal, electricidade especifica e biomassa

A análise do coeficiente de conversão de electricidade para tep (0.290 kgep/kWh) definido pelo

RGCE permitir concluir que este regulamento segue o principio do consumo marginal no

respeitante ao consumo eléctrico.

Assim, os coeficientes de conversão incentivam claramente à eliminação dos consumos

eléctricos de natureza não especifica. Por exemplo, o consumo eléctrico para aquecimento de

ambiente é substituível pela queima de combustíveis, reduzindo o consumo em energia

primária.

O incentivo à queima da biomassa encontra-se patente no factor 0.5 presente na expressão de

conversão de combustíveis sólidos com teor em cinzas superior a 20%, onde se insere a

biomassa em virtude do seu elevado teor em celulose, excluindo o carvão.

Uma situação curiosa verificava-se com o gás natural pois o seu valor original de 0.82 kgep/m3,

colocava este combustível em situação de incentivo semelhante à biomassa. Contudo, o

Despacho do DGE n.º 3157/2002, 2ª série, de 9 de Fevereiro, alterou no correcto sentido este

coeficiente, valendo agora 0.91 kgep/m3.

2.10.5 Auditoria energética e plano de racionalização



30

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. A título de exemplo, o actual programa de incentivo ao investimento em utilização

racional de energia, MAPE22, considera como economicamente apoiáveis os projectos com

período de recuperação do investimento23 inferior a 8 anos.

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.

22 O MAPE foi criado pela Portaria n.º 198/2001 de 13 de Março, sendo o acrónimo de Medida de Apoio ao Aproveitamento do Potencial Energético e Racionalização de Consumos.

23 O período de recuperação do investimento, mais conhecido por pay-back, calcula-se pela divisão entre o valor do investimento e o benefício anual resultante da implementação do projecto, traduzindo o nº de anos ao fim dos quais o investimento foi pago pelo benefício gerado.



31

Exemplo 2.4: Fábricas de vidro de embalagem Pretende-se comparar o desempenho energético de duas empresas do sector do vidro de embalagem, utilizando tecnologias diferentes. A empresa A utiliza um forno a fuel, enquanto que a empresa B possui um forno eléctrico. Os valores anuais de produção e consumo energético são os seguintes:

Empresa A Empresa B

Produção de vidro bruto 16 000 ton/ano 7 000 ton/anoConsumo de thick fuel óleo 1 500 ton/ano 0Consumo de propano 1 000 ton/ano 500 ton/anoConsumo de electricidade 3 000 MWh/ano 5 000 MWh/ano

A energia especifica associada ao aquecimento e fusão do vidro é igual nas duas empresas, com o valor de 1.7 GJ/Ton, considerado neste problema como mínimo teórico.

PCIFuel = 40 GJ/ton PCIpropano = 46 GJ/ton KRGCE = 230 kgep/ton.

Nestas condições:

a) Calcule os rendimentos em energia final das duas fábricas.

b) Calcule o consumo especifico actual, o consumo especifico objectivo a 5 anos e a redução percentual do consumo especifico. Todos os cálculos são feitos segundo o RGCE.

c) Verifica-se que a fábrica que apresenta melhor rendimento de energia final é aquela que é obrigada a reduzir mais o seu consumo especifico pelo RGCE. Justifique.

Resolução

a) ηA=(16000×1.7) / (1500×40+1000×46+3000×3.6) = 27200 / 116800= 23%

ηB=(7000×1.7) / (500×44+5000×3.6) = 11900 / 40000= 30%

b) CE0=(1500×0.969+1000×1.14+3000×.29) / 16000 = 3464 / 16000 = 0.22 tep/ton

CE 5 anos = 0.22 ×0.95 = 0.21 tep/ton

CEB=(500×1.14+5000×.29) / 7000 =2020 / 7000 = 0.29 tep/ton

CEB, 5 anos = (0.29 + 0.23)/2 = 0.26 tep/ton

c) Deve-se à conversão de energia primária em energia final, que é menos eficiente na produção de energia eléctrica.



32

Exemplo 2.5: Parque industrial Considere um determinado sector industrial para o qual o valor do consumo especifico objectivo definido por lei, K, é de 150 kgep/ton. Este consumo refere-se a 24 unidades industriais, com consumos energéticos agrupados por gamas conforme a tabela:

Gamas de consumo Nº de Unidades Industriais

Consumo Anual Médio (tep)

Consumo Especifico Médio (kgep/ton)

Até 500 tep 10 250 200500 a 1000 tep 8 800 1801000 a 3000 tep 4 1500 170Mais de 3000 tep 2 4500 140

Calcule:

a) A percentagem de consumo energético da globalidade do sector industrial que se verifica em empresas abrangidas pelo RGCE.

b) Qual a redução percentual do consumo energético anual do sector num prazo de 5 anos se houver cumprimento do RGCE.

c) Verifica-se que na gama de consumos acima de 3000 tep/ano, 40% do consumo de energia primária é eléctrico. Nestas condições, determine o consumo especifico eléctrico das duas unidades industriais consideradas, nas unidades kWh/Ton.

Resolução

a) Consumo total = CTotal=10×250 + 8×800 + 4×1500 + 2×4500 = 23900 tep/ano

Consumo abrangido = CA= 4×1500 + 2×4500 = 15000 tep/ano

Percentagem = CA/CTotal=15000 / 23900×100% = 63%

b) Gama 1000-3000 : CE5anos=(170+150)/2= 160 kgep/ton

C5 anos = 4×1500×(160/170) = 5647 tep/ano

Gama > 3000 : CE5 anos=0.95×140 = 133 kgep/ton

C5 anos = 2×4500×(133/140) = 8550 tep/ano

Ctotal 5 anos =10×250 + 8×800 + 5647 + 8550 = 23 097 tep/ano

Redução = (23900 - 23097)/23900×100% = 3.4%

c) CEeléctrico = 140 kgep/ton×40% / 0.290 kgep/kWh = 193 kWh/ton



33

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 utilizável 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.



34

• 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.



35

13. Em eficiência energética aceitam-se geralmente apenas projectos com um

pay-back reduzido.

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.



36

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) €



37

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



38

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



39

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.

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.



40

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.

Petróleo39%

Gás Natural25%

Carvão25%

Nuclear8%

Hidrica3%

Figura 3.1: Distribuição do consumo mundial de energia em 2000. Fonte: BP



41

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.

Médio Oriente6%

Africa3%

Asia e Oceania28%

Ex-União Soviética5%

Europa21%

América do Norte31%

América Central e do Sul6%

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.



42

Médio Oriente66%

Africa7%

Asia e Oceania4%

Ex-União Soviética6%

Europa2%

América do Norte6%

América Central e do Sul9%

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.



43

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.



44

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.



45

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.

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

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.



46

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.

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)

kgep

/ U

SD 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

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.



47

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.

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)

Figura 3.6: Evolução da Intensidade energética de energia final em Portugal. Fonte DGE.

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

nsid

ade

Ener

gétic

a (k

gep

/ USD

199

0)

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

Figura 3.7: Evolução da Intensidade energética em vários países ao longo da década de 90. Fonte EIA (2001)



48

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.



49

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 Carvão Petróleo (cont.) Electricidade

Hulha 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

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 final24. 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.

24 Por exemplo, o coeficiente de conversão utilizado para a electricidade é 0.086 tep/MWh



50

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



51

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%.

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/an

o

40%

45%

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

Con

vers

ão E

.Prim

ária

em

E.F

inal

Energia Primária Energia Final EF / EP

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.



52

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).

Petróleo72%

Carvão 15%

Outros 5%

Electricidade 5%

Gás natural 3%

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.

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/an

o

Agricultura

Industria

Transportes

Doméstico

Não Energéticos

Serviços

Construção

Figura 3.10: Evolução do consumo energético nacional por sectores



53

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.

-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

Sect

or/S

ecto

r 197

0 - T

otal

/Tot

al 1

970

.

Agricultura

Industria

Transportes

Doméstico

Serviços

Construção

Figura 3.11: Evolução do crescimento do consumo energético nacional por sectores, quando comparado com o crescimento médio nacional. Fonte: DGE



54

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.

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/an

o _

Evolução RealPEN - RoturaPEN - ReferênciaPEN - Majorante

Figura 3.12: Evolução do consumo energético Nacional e previsões do PEN



55

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/an

o _


Figura 3.13: Evolução do consumo energético nos Transportes e previsões do PEN

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/an

o _


Figura 3.14: Evolução do consumo energético na Indústria e previsões do PEN



56

0

1

2

3

4

1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Mte

p/an

o _


Figura 3.15: Evolução do consumo energético nos Serviços e no Doméstico e previsões do PEN



57

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.

Fact

ores

de

prod

ução

Procura final Sectores

Sect

ores

Trabalho

Importação

Total de compras

Exp

orta

ção

Con

sum

o pa

rticu

lar

Tota

l de

vend

as

Inpu

ts

Outputs

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.



58

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

+ = 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

Matematicamente, a matriz Input-Output designa-se por matriz S. Quando lida em linha, os

valores correspondem a vendas.



59

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.

[ ]⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧+=

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧=+

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

705040

=MAVF 10012075

=X 407050

CE=Y 2030101020200205

rrrrrrrS



60

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:

XS

aj

ijij = (Eq. 3.4)

Para exemplo apresentado, a matriz [a] toma os seguintes valores.

[ ]⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

200.0250.0133.0100.0167.0267.0000.0167.0067.0

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)



61

A expressão anterior traduz um sistema de equações (para o exemplo da página anterior),

conforme seguidamente se representa:

( )

( )( ) 333232131

323222121

313212111

3

2

1

Xa1XaXaXaXa1XaXaXaXa1

YYY

−−−−−−−−−

===

(Eq. 3.7)

Este sistema de equações pode ser representado na forma matricial:

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧×

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡−

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

3

2

1

333231

232221

131211

3

2

1

XXX

aaaaaaaaa

100010001

YYY

(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 automático25, 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)

25 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.



62

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:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ]⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=++

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=+

265.1364.0236.0137.0264.1342.0017.0206.0116.1

aa I 200.1250.0133.0100.0167.1267.0000.0167.0067.1

a I 2

[ ]⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡=

307.1455.0317.0166.0331.1404.0030.0238.0144.1

R

Deste exemplo conclui-se que o efeito de ordem 2 já se aproxima do resultado exacto de forma

apreciável.



63

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 ΔY por se tratar de uma variação) com os seguintes valores:

ΔY={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 ΔX={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

XVA

=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 ΔX={1.144, 0.404, 0.317}.



64

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

VAΔ×Δ=Δ

ΔΔ

=Δ= iii vavava (Eq. 3.14)

Aplicando a última expressão obtém-se ΔVA={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.



65

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.



66

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.

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

CONSUMO INTERSECTORIAL PROCURA FINAL

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).



67

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:

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).



68

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 53Gas coque -73.1

Acertos 1.9Pr.petróleo -96 Termoelec. 2,303 gás cidade 9 3,243 2,649Refinarias 876

Perdas 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 0SECTORES 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



69

Quadro 3.6: Cálculo da matriz inversa de Leontief para 1996

[S] Carvão Petróleo Electricidade Gás cidade OutrosCarvão 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 OutrosCarvão 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 0.107deg -0.008 -0.063 -0.890 -0.267 -0.029

[R] Carvão Petróleo Electricidade Gás cidade OutrosCarvão 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

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 ΔX pelo vector degradação adimensional, sendo o seu

somatório a degradação provocada. Na tabela seguinte apresenta-se este cálculo para a

electricidade.



70

Quadro 3.7: Degradação energética na produção eléctrica

Δ Prod. Total deg Δ 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

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 :

FinalDegradação1

1DegradaçãoFinalFinal

PrimariaFinal

+=

+==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

Carvão Petróleo Electricidade Gás cidade Outros99% 94% 49% 72% 97%



71

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.



72

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.

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.



73

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.

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.



74

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.

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

USD

/ ba

rril

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

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.



75

4.2 Preços actuais

Os preços actuais são os seguintes (valores indicativos):

Quadro 4.1: Preços aproximados dos combustíveis

Petróleo bruto

Gasolina Gasóleo Fuel-óleo Gás natural industrial

Propano granel

26 USD/barril 1.0 €/litro 0.74 €/litro 0.3 $/kg 0.3 €/m3 0.5 €/kg

Sendo 1 barril=133.7 kg e estando o USD nos 1.1 €, o petróleo bruto custa 0.22 €/kg. Com

base neste valor é fácil de perceber que se o fuel-óleo apresenta um preço próximo do petróleo

bruto, os combustíveis não residuais terão de apresentar um preço superior para custear o

custo do transporte e refinação. No entanto, tal não é suficiente para conseguir explicar os

preços da gasolina ou do gasóleo, uma vez que nestes combustíveis mais de metade do seu

preço são impostos.

4.3 Liberalização do mercado eléctrico

O mercado da electricidade tem vindo a sofrer alterações profundas que irão culminar com a

criação do Mercado Ibérico da Electricidade, MIBEL, previsto para o início de 2003.

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.



76

0

10

20

30

40

50

60

Jan-01 Fev-01 Mar-01 Abr-01 Mai-01 Jun-01 Jul-01 Ago-01 Set-01 Out-01 Nov-01 Dez-01

Nº

0

200

400

600

800

1000

1200

GW

h

Nº Acumulado de estatutosatríbuidos

Consumo anual acumulado dos CNVatribuídos

Figura 4.2: Adesão ao SENV até Dezembro de 2001

Para o ano de 2002, a elegibilidade ao SENV alargou-se, surpreendentemente, 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.

40%

51%

9%

MT+AT+MAT Baixa tensão Auto-Consumo

Figura 4.3: Distribuição do consumo eléctrico nacional no ano 2000



77

Em Espanha a situação é análoga à verificada presentemente em Portugal com duas

diferenças fundamentais:

• O consumo elegível (média, alta, muito alta tensão) atinge em Espanha cerca de 55%

do consumo total, reflexo de um maior peso do consumo industrial face ao do sector

doméstico.

• De entre o consumo elegível, cerca de metade do consumo já se encontra no regime

liberalizado, traduzindo-se numa adesão 10 vezes superior à verificada em Portugal.

Quando uma empresa industrial adere ao regime liberalizado deixa de ter uma relação

contratual com o distribuidor oficial, podendo adquirir a sua electricidade por uma das seguintes

formas:

• através de uma empresa comercializadora,

• pelo estabelecimento de um contrato com um produtor de electricidade ou

• por aquisição directa na bolsa espanhola de electricidade.

A liberalização segue a primeira solução uma vez que os outros dois casos obrigam a um

conhecimento muito profundo do mercado eléctrico, só se justificando em situações de

consumos muito elevados.

Presentemente, a legislação eléctrica nacional não contempla a figura da empresa

comercializadora em moldes idênticos aos que figuram na legislação eléctrica espanhola.

Assim, os operadores que desenvolvem tal actividade têm de dispor de activos de produção

eléctrica em Portugal ou, alternativamente, estarem associados a empresas estrangeiras,

nomeadamente espanholas. Por esta razão a palavra comercializador é utilizada neste artigo

na sua forma lata.

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, esses sim directamente

relacionados com acordos com produtores de electricidade e aquisições na bolsa espanhola.



78

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.

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 (k

W)

Segunda SextaQuintaQuartaTerça Sábado Domingo Segunda Terça

FÁBRICA

BOLSA

PRODUTOR

2 dias depois !!

Figura 4.4: 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.

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.



79

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.

4.4 O tarifário no sistema público

No sistema público os preços da energia eléctrica são fixados trimestralmente pela ERSE.

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. A energia reactiva é facturada quando

excede uma determinada parcela da energia activa (0.4), situação que ocorre quando o atraso

da corrente face à tensão é significativo, situação que ocorre em motores eléctricos ou

lâmpadas fluorescentes. 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:

• 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.



80

4.4.1 Baixa tensão

Nos consumos de baixa tensão (220 V) 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 no quadro.

A parcela relativa ao consumo energético tem como alternativa o regime normal e o regime bi-

horário. No regime normal o preço do kWh é invariável ao longo das 24 horas (0.0920 €/kWh)

enquanto que em regime bi-horário os consumo nas horas de vazio (das 22h às 8h no Inverno

e das 23h às 9h no Verão)26 são mais baratos (0.0503 €/kWh).

Em contrapartida o “aluguer do contador” é mais elevado se o utente opta por uma contagem

em regime bi-horário. Para uma potência instalada de 6.9 kVA, o aluguer do contador é de

11.35 €/mês e de 13.35 €/mês para contagem simples e contagem bi-horária, respectivamente.

Destes valores é fácil de concluir que, para esta potência instalada, a contagem bi-horária é

benéfica quando o consumo nas horas de vazio seja superior a 48 kWh/mês que é o resultado

de (13.35 –11.35) / (0.092-0.0503). Este consumo é claramente irrisório, pois bastaria utilizar a

potência de 6.9 kVA durante 8 horas em horas de vazio ao longo do mês para compensar.

Como os consumidores domésticos não fazem contas, apesar de ser gratuita a instalação de

contador bi-horário, mantém-se o hábito de nada fazer e continuar a pagar a electricidade ao

seu preço máximo.

26 Os horário indicado é para o regime diário (todos os dias são iguais). Em alternativa existe o horário semanal, em que as horas de vazio são de 7 horas nos dias úteis, 15 horas ao Sábado e todo o Domingo.



81

4.4.2 Média e alta tensão

Nos consumos em média ou alta tensão o sistema tarifário é um pouco mais complexo.

Apresenta 3 parcelas: fixa, energia e potência.

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 e super-vazio27. Esta desagregação está directamente relacionada com as

horas a que se faz o consumo da electricidade. Existem dois tipos de horários:

• horário diário (4h de ponta, 10h cheias, 6h vazio e 4h super-vazio)

o Inverno (de Novembro a Abril)

Horas de ponta : 9.30 às 11.30 e 19.00 às 21.00

Horas cheias: 8.00 às 9.30, 11.30 às 19.00 e 21.00 às 22.00

Horas de vazio: 22.00 às 2.00, das 6.00 às 8.00

Horas de super-vazio: 2.00 às 6.00

o Verão (de Maio a Outubro): Somar uma hora face ao horário de Inverno28.

• horário semanal

Os horários diferem entre dias úteis, sábado e domingo.

Quadro 4.2: Distribuição dos períodos horários em regime semanal

Utéis Sábado Domingo Utéis Sábado DomingoPonta 5 3Cheia 12 7 14 7Vazio 3 13 20 3 13 20Super-vazio 4 4 4 4 4 4

INVERNO VERÃOHorário

27 As empresas podem optar pelo regime trihorário ou tetrahorário. consoante as horas económicas são apenas horas de vazio ou quando se dividem em horas de vazio e de super-vazio.

28 No regime semanal os horários de Inverno e de Verão diferem significativamente.



82

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.

4.4.2.4 Regime de utilização

Um ultimo aspecto da tarifa, que influencia o preço do kW e do kWh é o regime de utilização.

Compete ao utilizador escolher entre três regimes de utilização: 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 continuo, a média

utilização o funcionamento a 2 turnos e a curta utilização para as empresas que laboram a 1

turno. Estas conclusões tem, no entanto, de ser confirmadas caso a caso.



83

4.4.2.5 Tarifário para o ano 2002

Nas tabelas seguintes apresenta-se o tarifário de energia eléctrica em vigor para o ano 2003.

Quadro 4.3: Tarifário eléctrico para ano 2003 (em vigor desde 15/Março)

Ponta Cheia Vazio Ponta Cheia VazioI 0.0901 0.0540 0.0366 0.0854 0.0518 0.0348

II 0.0980 0.0587 0.0392 0.0902 0.0543 0.0367

III 0.0959 0.0567 0.0372 0.0881 0.0523 0.0347

IV 0.0885 0.0524 0.0350 0.0838 0.0502 0.0332

Média 0.0931 0.0555 0.0370 0.0869 0.0522 0.0349

PHP (€/kW.mês)

PC (€/kW.mês)

Termo fixo (€/mês) 32.92

1.12400.7280

TARIFÁRIO DE ENERGIA

TARIFÁRIO DE POTÊNCIA E TERMO FIXO

Trimestre Longa utilização (€/kWh)Média utilização (€/kWh)

6.87007.6100



84

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).

A

EA

M3

MR

M2

M1

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 UtilizadaEnergiaMEA= (Eq. 5.1)



85

O factor de formação de resíduos é a razão entre os fluxos de entrada e saída da operação

unitária:

SA= 3

21

MMM +

(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

MMM+

(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.

A

T

EA

M5

M3

M4

MR

M2

M1

ET

Figura 5.2: Operação unitária de tratamento de resíduos



86

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

MM

A de util ProduçãoT 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

ME

tratara produção de UnidadeT 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.



87

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

41

B A C 2 3 41 Sequencial

A

B

C 54

2

3

1



88

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 41



89

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

MMM+

=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)



A

B

C 54

2

3

1



90

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



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

64

B

C

A

3

5

2

41



91

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.

PavimentoForno Escolha

Fronteira

Pavimento Crú

Quebras

Armazém

Quebras

4 321



92

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 refinadoTransporte por Navio

Fronteira

Girassol Importado

Refinação Transporte por Camião

Girassol Nacional

1

3

25

4



93

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

ConformaçãoA- 0.33 l

Quebras

Forno de Vidro

Areia

ConformaçãoB- 0.75 l

Quebras

Garrafas de 0.75 l5

3

4

2 1



94

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.

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%

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

D

E

C

G

A 11 109

7 5

2

F

1

4 B

3

6

12 8



95

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



96

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.

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

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.



97

Exemplo 5.5: Resolução do exemplo 5.4 por modelação matemática A aplicação numérica ao exemplo 5.4 seria a seguinte:

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 0.444

CE 10 4 2.5CE 11 1 1.111CE 12 2 1.25

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.

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 0 105 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 79 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 0 112 37.9 0 1.042 0.625 0 0.938 0 0 1.25 0 0 0 1 2

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).



98

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 +

ft10 = 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(ft

8 × CEt8 + ft

10 × CEt10)

CEt8=CEt

G + StG × CEt

9 com CEt9=CEt

Energ

CEt10=CEt

H + StH × CEt

11 com CEt11=CEt

Lixo

C D E Final6 5 4 3

F G

H

Energ

Lixo

9 8 7

1110Tratamento

F G

H

Energ

Lixo

9 8 7

1110Tratamento



99

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.



100

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.

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.



101

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.

y = 0.0073x + 18.87R2 = 0.4464

0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Produção mensal (ton/mês)

Con

sum

o el

éctr

ico

men

sal (

MW

h/m

ês) .

Figura 5.10: Produção e consumo energético.



102

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 100 200 300 400 500 600 700 800


Con

sum

o es

pecí

fico

(MW

h/to

n) .

Valores reais Correlação

Figura 5.11: Produção e consumo especifico.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 100 200 300 400 500 600 700 800


Ren

dim

ento

ene

rgét

ico

oper

ativ

o

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%.



103

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

bRa

+ (Eq. 5.25)

Desta análise conclui-se que o rendimento mássico afecta o valor assintótico do consumo

específico.

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.



104

O objectivo da análise por diagrama de blocos no âmbito da Análise Energética de Sistemas

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) 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(ft

8 × CEt8 + ft

10 × CEt10)

CEt8=CEt

G + StG × CEt

9 com CEt9=CEt

Energ

C D B E A Final6 5 4 3 2 1

F G

H

Energ

Lixo

I J

9 8 7

14 13 12

11 10

15

16K

Tratamento

Reciclagem



105

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)


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.



106

BIBLIOGRAFIA Águas, M.P.N e Domingos, J.J.D. (1992)

"An Input-Output Analysis of a Transition from Hidropower to Thermalpower" 2nd

International Conference on Hidropower, Lillehammer, Noruega.

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Comissão Nacional para as Alterações Climáticas (2001)

“Programa nacionais para as alterações climáticas – versão 2001 para discussão

pública”

DGE (1991)

“Guia Didáctico da Energia” Direcção-Geral de Energia

DGE (2002)

“Preços da Energia”

DGE (2004)

“Balanços de energia”, www.dge.pt

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ERSE (2002)

"Tarifas e preços para a energia eléctrica e outros serviços em 2003" Entidade

Reguladora do Sector Eléctrico, 2002

INE (2001)

Instituto Nacional de Estatística. Página www.ine.pt



107

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Decreto-Lei nº 58/82, I Série

Samuelson, P. e Nordhaus, W. (1993)

“Economia” McGraw-Hill, Lisboa

Victor Anderson (1993)

“Energy Efficiency Policies” Routledge, London

Documents

ANÁLISE ENERGÉTICA DE SISTEMAS